支撑高质量转化研究的临床研究全流程样本管理体系的建立

周君梅，王敏，张勘，黄文彦

支撑高质量转化研究的临床研究全流程样本管理体系的建立

周君梅*，王敏*，张勘，黄文彦

200040 上海市儿童医院上海交通大学附属儿童医院生物样本库（周君梅、王敏），肾脏风湿科（黄文彦）；200003 上海市卫生和计划生育委员会科教处（张勘）

临床研究与基础研究中人员结构和工作重点各有不同，如何利用生物样本库加强两者之间的沟通、提高转化研究水平，是目前亟待解决的问题。

1 临床研究日益受到重视

1.1 临床研究的类型简介

临床研究是以患者为主要研究对象，以疾病的诊断、治疗、预后、病因和预防为主要研究内容，以医疗机构为主要研究场所的医学科研活动的总称，其目的在于解决临床问题、服务于临床实际工作[1]。

传统的临床研究根据是否有干预因素可分为观察性研究和试验性研究。观察性研究再进一步根据暴露和结局的先后分为病例报告、病例-对照研究、横断面研究及队列研究等；试验性研究根据随机、对照是否完整可分为随机对照试验和非随机对照试验[2]。但不论何种类型的临床研究，其过程都将产生各种生物样本。近年来，利用临床研究过程中产生的疾病样本开展的研究逐渐增多，涵盖多个领域、不同研究类型，如 Olsen 等[3]的随机对照研究，其目的在于明确早期应用羟化氯喹是否可减慢红斑狼疮患者的临床进展及与之相关的生物标志物，在此过程中积累的患者不同治疗阶段的样本资源可用于后续的机制研究。Yu 等[4]开展的队列研究结合样本分析的结果显示：与非多囊肾患者的对照组相比，患有多囊肾的人群后续患癌风险明显升高且与年龄、性别、合并症等因素无明显相关。这些研究均建立在疾病样本之上。由此可见，疾病样本在临床研究中占据着越来越重要的地位。

1.2 临床研究过程中的样本管理亟待加强

临床研究是一项复杂的系统工程，多部门多角色的参与是高质量完成临床研究的前提[5-6]。以往的研究中，具有临床背景的人员参与了临床研究的课题设计、实施、监查和总结，基础研究背景的人员参与度相对较低。造成的结果是临床观察部分的数据完整，而研究过程中的疾病样本的管理及其质量尚有待重视。近期在杂志上发表了系列关于研究结果可重复性的调查结果[7-8]，其重复性较差的重要原因之一是样本的质量，不仅包括样本本身的质量问题，也包括了在临床研究的设计之初因样本采集计划不合理造成的不可追溯的样本缺失问题和质量一致性问题，提示在临床研究的设计阶段，课题组成员中有必要纳入有基础研究背景的样本管理人员和基础研究人员，与临床专家一起，共同建立科学的样本采集计划。

以往的临床研究的观察指标以临床数据为主，疾病样本的留取也围绕着检测临床疗效的需要，较少考虑到未来可能的转化研究需求。随着生物技术的快速进展，在符合伦理要求和保护受试者的前提下，在临床研究的起始阶段，可充分考虑临床研究后期的转化研究对样本的科研需求，以减少因样本采集计划不合理造成的不可追溯的样本缺失问题和质量一致性问题的发生；科学合理的样本采集与储备也有助于提高临床研究的样本分析实验室的分析质量，确保所产生的临床研究数据和结果的可靠性、完整性和科学性；同时，科学的样本储备也为后期与基础研究人员开展合作和进行转化研究打下了良好基础，意义重大。

2 生物样本库为转化研究提供重要支撑

2.1 生物样本库简介

生物样本库通过收集人体来源的正常或病理的血液、组织、各种体液等样本，通过冷冻保存，为转化研究提供研究资源[9]。其包括队列样本库和临床库，队列样本库又包括疾病队列库和健康人群队列库。因为生物样本库为转化研究储备了重要的疾病研究资源，其规范建设和科学管理是转化研究质量的重要保障，其功能也有待进一步扩展[10-11]。近年来，生物样本库“活库”越来越受到重视，已经建立了多种疾病的活库并基于活库开展了各种转化研究，是对以往的以采集和存储生物大分子为主要形式的传统生物样本库的重要扩展，代表着未来样本库的发展趋势[12-14]。

与此同时，通过文献计量学对近十年的以“样本库（Biobank）”为主题词的文献进行分析，发现中国的年发文量呈现与世界范围类似的增长趋势，显示出中国的生物样本库在国际上占有重要地位，但分析结果同时发现中国的具有学术影响力的产出亟待进一步提升[15]，提示我国需要从提升科研产出质量的角度去考虑和谋取进一步发展。通过对临床研究过程的积极参与，也有望提升生物样本库的质量、进一步提升对临床研究的支撑、为转化研究提供重要的研究资源。

2.2 高质量样本是转化研究成果可重复性的重要保障

质量是样本库的灵魂。近年来国际和国内关于样本库的管理遵循着一致的标准操作流程（standard operation procedure，SOP），国际生物及环境样本库协会（International Society for Biological and Environmental Repositories，ISBER）近期也刚刚发布其新版“最佳实践”且已被译为中文版[16]。按照样本库的工作常规，样本从临床环节进入到样本库平台后，将得到样本库专业人员的规范处理，因而其在样本库里流通过程中的质控受到了足够的重视[17]。但样本在样本库的流通环节均发生在临床研究的过程中，在样本库流通环节之外、即临床研究的设计阶段和临床研究后期，关于样本的质控管理还有待加强。确保临床研究的所有环节的质控将有利于保证样本的科学价值，减少转化研究结果重复性较差的问题的发生[7-8]。另外，随着生物技术的发展和生物样本库“活库”的兴起，传统的基于生物大分子的样本采集计划逐渐不能满足转化研究的需求，有必要建立适应于技术进步基础之上的高质量的样本采集计划，涵括传统的基于生物大分子的样本库及其更有价值的“活库”。因而，如何在临床研究初期进行疾病样本采集计划的顶层设计、如何在临床研究后期促进基于样本的高质量转化研究的开展，是目前亟待关注的重点，贯穿其中的是高质量的生物样本。

3 建立涵括临床研究全流程的样本管理体系

基于以上临床研究过程中对样本的科学管理亟待加强的各个环节的分析，笔者拟建立涵盖临床研究全流程的样本管理体系以支撑高质量的转化研究（图 1）。全流程涉及三个阶段：临床研究实施前、实施中和实施后。三个阶段的工作内容和工作重点及其与之相配套的人员要求，均有所不同。

3.1 临床研究实施前

此阶段的工作内容重点是进行样本采集计划的顶层设计。顶层设计的重要性在于在科研基础层面的充分准备，根据疾病特点和近期该疾病相关的研究进展，同时考虑到生物技术的进步，由临床专家、基础研究专家和样本库专家共同参与，预先就临床研究所涉及病种的样本采集计划进行科学的顶层设计，具体包括未来临床研究过程中样本采集的时间点、各时间点的样本的类型与数量、各类型样本的具体管理流程、具体临床联络人员培训等诸多要素。

3.2 临床研究实施中

此阶段的工作内容主要由临床联络人员配合采样后在样本库内完成，其重要性在于在样本操作层面的充分准备，除了比较成熟的基于生物大分子的传统形式的样本，如在顶层设计中涉及生物样本“活库”，则需要样本库在硬件配置和人员培训上提供保障。在笔者前期工作的基础上[17]，此环节需要继续加强对临床样本联络人员的管理与培训、样本库在常规内部质控的基础上引入第三方质控以确保样本的生物大分子的质量、根据病种特点和科研需求完善“活库”建立相关的标准操作流程等。

3.3 临床研究实施后

此阶段的工作内容重点主要包括样本的总结、与基础研究专家的合作探讨，其重要性在于在样本使用层面的充分准备。临床研究项目的结束只是代表临床观察过程的结束，其过程中产生的样本的潜在科研价值需要受到重视并经过审慎的基础研究设计后用于转化研究。此环节将主要由基础研究专家与临床专家对转化课题的共同设计、由技术人员和研究人员具体实施完成。

3.4 生物样本库与临床科室合作下的临床研究全流程样本管理的应用实例

Alport 综合征是相对较为常见的罕见遗传性肾脏疾病，其临床特征为眼、耳、肾多器官受累且其病因涉及的遗传因素和如何干预仍有待研究[18]。根据以上所述的全流程样本管理体系，临床研究实施前，由临床专家、基础研究专家及样本库专家合作，共同参与课题设计：①基于该疾病与遗传相关，其研究重点在于基因检测，因此，样本类型以紫色 EDTA 抗凝管采集的全血样本为主，以供后续 DNA 的提取、排除肝素抗凝剂残留对酶的抑制，确保分子生物学实验的顺利实施；疾病治疗后的转归与预后等需通过血清中炎症因子、生物标志物等生化指标进行综合评估，因此，还需采集患儿入院时、治疗后、随访中等不同阶段的样本进行动态监测；②确定致病基因及遗传方式尚需与患儿父母等亲属进行验证，以明确突变来源及疾病遗传方式，为其后续的遗传咨询和通过生育干预获得健康后代提供基础，因此，需要绘制遗传家系图谱以避免样本采集的疏漏。以上关于样本采集的人员范围、样本类型和时间点的要求均需在信息管理系统里设置样本疏漏的提醒。临床研究实施中，对样本联络人员、样本处理人员进行专业培训，固定专职人员，规范样本采样、处理、出入库及临床信息录入等流程，严格质控。临床研究结束后，在总结临床指标的观察数据的基础上提出临床问题、检索该疾病相关的近期基础研究进展并提出科学研究的问题，样本及信息管理人员汇总该项目所有的样本信息，临床和基础研究人员共同设计研究课题开展该疾病的转化研究；转化研究结果反馈给样本库以回溯其样本管理质量，指导未来的样本采集工作。该全程管理系统采集了 Alport 综合征的样本并提出了科学问题和开展了后续转化研究，有望为该疾病的诊疗常规的修订提供借鉴。

图 1 临床研究全流程的样本管理体系示意图

4 总结与展望

生物样本库是衔接临床研究和基础研究的重要桥梁，为转化研究储备高质量的研究资源。通过建立临床研究全流程的样本管理体系，对不同阶段采取各有侧重的人员构成和阶段工作重点，有助于加强临床研究起始阶段的样本采集计划的顶层设计、提升临床研究过程中的样本管理水平、重视临床研究结束后的转化研究，最终提升转化研究水平。

[1] Qiu XQ. The transformation of clinical research thinking in the era of big data and precision medicine. Chin J Oncol Prev Treat, 2017, 9(2): 85-89. (in Chinese)

仇小强. 大数据和精准医学时代临床研究思维的转变. 中国癌症防治杂志, 2017, 9(2):85-89.

[2] Grimes DA, Schulz KF. An overview of clinical research: the lay of the land. Lancet, 2002, 359(9300):57-61.

[3] Olsen NJ, James JA, Arriens C, et al. Study of anti-malarials in incomplete lupus erythematosus (SMILE): study protocol for a randomized controlled trial. Trials, 2018, 19(1):694.

[4] Yu TM, Chuang YW, Yu MC, et al. Risk of cancer in patients with polycystic kidney disease: a propensity-score matched analysis of a nationwide, population-based cohort study. Lancet Oncol, 2016, 17(10):1419-1425.

[5] Bycroft C, Freeman C, Petkova D, et al. The UK biobank resource with deep phenotyping and genomic data. Nature, 2018, 562(7726): 203-209.

[6] Elliott LT, Sharp K, Alfaro-Almagro F, et al. Genome-wide association studies of brain imaging phenotypes in UK Biobank. Nature, 2018, 562(7726):210-216.

[7] Baker M, Dolgin E. Cancer reproducibility project releases first results. Nature, 2017, 541(7637):269-270.

[8] Bishop D. Rein in the four horsemen of irreproducibility. Nature, 2019, 568(7753):435.

[9] Harati MD, Williams RR, Movassaghi M, et al. An introduction to starting a biobank. Methods Mol Biol, 2019, 1897:7-16.

[10] Man QH, Yu N, Yan F, et al. Thoughts on the current status and future development of biobank construction in China. Chin Med Biotechnol, 2018, 13(4):289-293 (in Chinese)

满秋红, 于农, 闫飞, 等. 我国生物样本库建设现状与未来发展的思考. 中国医药生物技术, 2018, 13(4):289-293.

[11] Liu YH, Hu Y, Zhang QQ, et al. Standardization of the management process of biobank. Chin Med Biotechnol, 2017, 12(4):372-374, 371. (in Chinese)

刘艳红, 胡月, 张倩倩, 等. 生物样本库项目管理流程的规范化. 中国医药生物技术, 2017,12(4):372-374, 371.

[12] Coppola L, Cianflone A, Grimaldi AM, et al. Biobanking in health care: evolution and future directions. J Transl Med, 2019, 17(1):172.

[13] Giwa S, Lewis JK, Alvarez L, et al. The promise of organ and tissue preservation to transform medicine. Nat Biotechnol, 2017, 35(6):530- 542.

[14] Sachs N, de Ligt J, Kopper O, et al. A living biobank of breast cancer organoids captures disease heterogeneity. Cell, 2018, 172(1-2):373- 386.

[15] Xu SX, Zhang ZW, Feng B, et al. Bibliometric analysis of biobank in China. Translational Med J, 2014, 3(6):359-363. (in Chinese)

徐世侠, 张在文, 冯博, 等. 我国生物样本库的文献计量分析. 转化医学杂志, 2014, 3(6):359-363.

[16] Biobank Branch, China Medicinal Biotech Association. ISBER best practices: recommendations for repositories. 4th ed. Chin Med Biotechnol, 2018, 13(Suppl).

中国医药生物技术协会组织生物样本库分会. ISBER 最佳实践: 适用于生物样本库. 4版. 中国医药生物技术, 2018, 13(增刊).

[17] Zhou JM, Zhang K. Analysis of the whole process quality control on the management of biobank. Chin J Med Sci Res Manag, 2017, 30(2): 90-93. (in Chinese)

周君梅, 张勘. 院级生物样本库管理的全流程质量控制分析. 中华医学科研管理杂志, 2017, 30(2):90-93.

[18] Sun L, Kuang XY, Hao S, et al. Features of clinical phenotype and genotype in Alport syndrome: a monocentric study. Chin J Pediatr, 2015, 53(2):114-118. (in Chinese)

孙蕾, 匡新宇, 郝胜, 等. Alport综合征患儿临床表型及基因型单中心分析. 中华儿科杂志, 2015, 53(2):114-118.

*同为第一作者

10.3969/j.issn.1673-713X.2019.05.016

上海市卫生健康委员会卫生行业临床研究专项（201940204）；上海交通大学转化医学协同创新中心合作研究项目（TM201827）；上海交通大学医学院转化医学创新基金（15ZH4008）

张勘，Email：yxkyc@sina.com

2019-06-24