生物样本库建设是临床医学研究的基石

张育军，叶 磊，高芳芳，彭卫康，徐 涛，刘玉兰

生物样本库建设是临床医学研究的基石

张育军，叶 磊，高芳芳，彭卫康，徐 涛，刘玉兰

随着现代生物技术的快速发展，生物样本库的建设与发展也逐渐壮大起来。现有的国内外生物样本库模式多样，北京大学人民医院生物样本库的建设提出了新的三联体模式，建立以医院临床路径和结构化电子病历系统为核心，整合生物样本库和随访管理的现代医学三位一体系统，为临床医学、科研、教学打造共享平台，为转化医学奠定基础。三联体将临床规范化诊治、标准化收集样本、规范的随访三者有机地结合，为科研提供高质量样本的同时，也为临床研究提供科学和完整的数据支持。生物样本库为临床医学研究提供物质基础和使用平台，是临床医学研究的基石。

生物样本库；三联体；临床路径；电子病历系统；临床随访库

临床医学是医学的主体，而临床医学的创新直接依赖于临床研究水平的高低。临床研究通常以患者为对象，以改善疾病诊断、治疗、康复和预后为目的。质量控制是临床研究能否成功的关键技术，是高质量规范化临床研究的基础保障[1]。

我国临床研究的文献中，回顾性研究多，前瞻性研究少；国内期刊文章多，国际期刊文章少。这种状况反映了我国临床研究的整体水平较低，各种临床资源处于无序状态[2]。我国临床实践主要存在临床诊治不规范、样本收集不规范、患者随访不规范三大问题；而且临床诊治、样本收集和患者随访几乎处于无序状态，临床研究相关人员各自为政，缺乏有效的资源共享[3]；各展所长，标准各异；缺乏专业的临床研究人员进行统筹管理。规范的临床诊治、标准化样本保存、规范的随访是临床研究质量控制的3个重要内容。而在临床医学研究中，生物样本库为科学研究提供物质基础和使用平台，是临床医学研究的基石。

1 生物样本库的发展历史和现状

生物样本库，又称生物银行(biobank)，主要是指标准化收集、处理、储存和应用健康与疾病生物体的生物大分子、细胞、组织和器官等样本，包括人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本(DNA、RNA、蛋白等)以及收集样本相关的临床、病理、治疗、随访、知情同意等资料，对样本建立标准化的质量控制、信息管理与应用系统[4]。

医学科学研究中常常使用临床的各种各样的生物样本，越来越多的临床科研工作者意识到样本资源对于科研工作的重要性，开始重视临床生物样本的大量收集和规范化的管理工作，一个优秀的生物样本库信息化管理体系的建立，将带来重要的科研价值[5-6]。

进入21世纪以来，随着现代生物技术的快速发展，分子遗传学取得了巨大的发展，国外对于人类遗传资源的保护与开发研究势头强劲，主要呈现2个特点。其一是在标准化前提下建立大型化的遗传资源库。例如英国生物样本库于1999年设立，在英国6个中心范围内收集50万名志愿者的样本，并对这些人群进行密切监测，以发现基因和疾病的关联[7]。其二就是各个国家内部研究机构和国家之间对遗传资源库的共同建设和共享。欧洲前瞻性营养与肿瘤调查是在10个欧洲国家(丹麦、法国、德国、希腊、意大利、挪威、瑞典、荷兰、西班牙和英国)23个中心开展的样本量为52万人的遗传资源研究[8]。

1994 年中国科学院就建立了中华民族永生细胞库。之后，山东省脐带血造血干细胞库、北京脐带血造血干细胞库、上海芯超生物公司、天津肿瘤医院生物样本库等专项生物样本资源库也相继建立[9-10]。

我国《“十二五”生物技术发展规划》中也明确要求要建设国家生物信息科技基础设施——国家生物信息中心，包括国家生物技术管理信息库，基因组、蛋白质组、代谢组等生物信息库，大型生物样本、标本、病例资源和人类遗传资源库以及共享服务体系；建设若干实验动物和模式生物基础设施和生物医学资源基础设施[11]。中国生物样本库协会于2010年成立，并制定了生物样本库行业规范[11]。这些都说明我国已经加强了在生物样本库建设方面的投入，生物样本库的发展进入了一个飞速发展的时代。

2 国内外现有生物样本库的模式

因为不同类型生物样本库的存在，以及收集样本的类型和保存方式的不同，其所承担的功能和架构、工作流程、基础设施建设和设备配备等情况也会有所不同。

现有的生物样本库主要有以下几种形式:医院或研究机构下单个研究人员或者单个科室因其研究需要将其收集的生物样本单独保存而建立的生物样本库[12]；医院或研究机构建立的生物样本库，进行医院或研究机构内部收集的生物样本资源统一保存和分配使用[13]；多个医院或研究机构联合组成的生物样本库，实现各单位收集的生物样本集中保存和共享使用；第三方机构从社群中收集大型的队列生物样本库，集中保存并在申请审批后为不同研究人员提供样本[14]。

目前，已有的生物样本库常为单一种类的样本库，如组织库、DNA库、细胞培养库、病理样本库等。例如一些肿瘤专科医院建立的样本库，样本来自单一的肿瘤患者，且多为病理或者血液样本。样本的统一和集中是其一大特点，但也是其研究的局限因素[15]。另外一些生物样本库独立存在，满足了为科研提供样本的基本要求，但是远远不够灵活、全面地对生物样本库进行最有效合理的运用。

3 北京大学人民医院生物样本库介绍

3.1 生物样本库的职责和目的 北京大学人民医院生物样本库是医院公共技术服务平台之一，始建于2012年，其职责是采集、保存和使用人类常见疾病的组织、血液和其他种类人体分泌物样本，并对其进行科学的管理和质量控制。目的是充分利用医院现有的疾病样本资源，为人类疾病的基础和临床研究提供高质量的样本[16]。

3.2 生物样本库规模 目前，生物样本库现有专职研究人员1人、专业技术人员3人，其中高级职称1人、中初级职称3人，专业涉及检验、临床和分子生物学领域。

生物样本库位于北京大学人民医院西直门院区洗衣房2层，总建筑面积约200 m2，由样本处理区、样本储存区和办公室3部分组成。样本储存区包括液氮罐储存室1间、超低温(－80℃)冰箱储存室3间。

在各科室、手术室和病理科的配合下，生物样本库现已初步形成标准化、规范化的样本采集、储存和管理体系。生物样本库建成至今，共有冰箱23台，共建分库26个，囊括临床内外科室，入库患者数14 861例，样本总数73 192管，包括肝硬化、乳腺癌、肺炎、结直肠息肉、肾癌、高血压病、前列腺癌、动脉夹层瘤等38种疾病，血清、组织、DNA、骨髓、黏液、尿液、粪便等30种类型样本。

3.3 生物样本库标准化管理流程 作为保障医院科研、教学全面均衡发展的重要支撑部门，生物样本库严格按照样本管理的一系列规范化流程进行操作，建立了标准化管理流程。①样本的安全操作:在首先保证病理学诊断的前提下，收集剩余的组织样本。在样本的采集前常规需获得患者的知情同意，样本的采集严格按照规范由专人执行。使用生物安全柜进行组织和血液的分装与分离操作。②超低温冰箱温度监测系统:使用海慧温度实时监测报警系统，在冰箱/环境温度异常、系统断电情况下通过短信报警，实时记录每台冰箱的温度情况，实时数据可以经局域网访问。③样本实现二维条形码/晶芯®样品库管理系统管理:冻存管和冻存盒上张贴Brady耐低温和液氮条形码。数据库由信息科与博奥信息公司合作研发。公司存储器和生物样本库工作人员每月进行系统数据备份，由医院信息科提供专门的内部网络系统，数据访问实现高度加密。④生物样本库全库采用兴风系统且各样本储存间均为双电路，如遇断电等特殊情况可以及时恢复各冰箱正常供电，保证各超低温冰箱的正常运行。⑤样本质量的抽样检查:每年对样本进行抽检，检测样本DNA/RNA的质量。

3.4 样本采集 样本采集流程见图1。

图1 样本采集流程

4 北京大学人民医院创建临床路径电子病历系统、临床随访库和生物样本库三位一体管理模式

医院在临床医学研究平台的搭建及应用研究项目中，重点搭建生物样本库样本保存、信息完善、资源共享平台，为临床医学研究创建扎实的基础条件，更是突破性地提出整合临床路径电子病历系统、临床随访库、生物样本库三位一体系统的构想和建设(图2)。

图2 三位一体临床医学研究平台

北京大学人民医院三联体临床医学研究在建设初期设定了临床路径管理研究平台、临床组织样本库、临床随访库3个分平台(图3)。3个分平台借助网络化信息平台紧密联系成一个临床医学研究平台，贯穿临床诊治、临床组织样本收集、患者随访以及相关的临床医学研究、药物研究整个医学研究过程。

图3 三联体平台为临床科研服务

临床医学研究平台的建设，意在实现临床诊治、临床样本收集、患者随访资料收集全过程的标准化。包括建立标准化临床路径管理、规范临床诊治；建设疾病临床综合资源数据库，构建符合国际标准、统一的临床信息数据库和生物样本数据库；建立具有国际水平的标准化管理流程的临床随访库和组织样本库。建设基于临床路径、样本库、随访库三者的临床医学研究平台，规范临床研究中的研究方法，全程监控样本质量，提供高质量的科学数据，提高样本使用效率，从而促进临床研究质量和水平的提升[17-18]。

在设定了建设方向之后，北京大学人民医院开始分阶段建设。

第一阶段，通过实施临床路径管理，建立针对各类疾病的一系列标准化治疗模式与治疗程序，规范医疗行为，从而减少变异，降低成本，提高质量，保证治疗项目精细化、标准化、程序化，减少治疗过程的随意化。重点建设常见病、重大疾病的临床路径管理规范，如代谢性疾病、消化系统疾病、心血管疾病等严重危害我国国民健康的常见多发病首先开展规范化临床路径管理，并逐步推广普及。

第二阶段，建立与国际接轨的标准化临床组织样本库，制定统一的样本收集和管理规范，保障临床组织样本的采集、保存、使用的规范化与标准化[19]；在完成北京大学人民医院组织样本保存的基础上，逐步围绕特定重大疾病的转化医学研究方向，通过统一的管理和技术规范实现不同来源临床样本资源的标准化可兼容性，从而达到扩大规模临床样本资源的战略性保存和市场化利用[20-21]。

第三阶段，建立与国际接轨的标准化患者随访库，保障随访质量。基于各个科室病种不同，随访方案各异，随访信息化建设必须深入临床各科室，归纳、总结、提炼出各病种随访共性，构建全面、完整、可拓展的随访数据管理系统，并实时节点通知临床医生和患者及其家属，保证随访及时有效地进行。

5 北京大学人民医院三联体生物样本库优势、进展与前景

生物样本库建设目的是保障临床组织样本的采集、保存、使用的规范化，与国际标准接轨，根据临床研究方向，留存患者知情同意自愿签字文件、信息齐全完整、样本取材规范合理有效、样本入库规范化档案化，为临床科研服务提供优质的、珍贵的临床生物样本[22]。

北京大学人民医院联合博奥生物技术公司建立了生物样本库信息化管理系统，信息化的支持，使三联体真正得到支持。在信息技术层面上，临床路径中的海泰电子病历系统囊括了临床路径中的医嘱、病程、检查、诊治、预后等临床诊治路径，生物样本库的样本管理系统囊括了生物样本的知情同意书、来源信息、样本本身的性质、样本保持的定位信息、样本实时温度监控信息、样本的出入库使用信息、样本的全程质量控制信息等。在生物样本库信息化管理软件中，最重要的是在信息技术上通过医院信息系统与临床电子病历系统、临床随访系统无缝对接。技术的支持，使得临床路径、生物样本库、临床随访系统成为真正意义上的三联体。

那么，在信息系统中，它又是怎样做到三联体的呢?以生物样本库为例，样本的留存源头，是和患者直接接触的临床医生。医生按照临床路径诊疗患者，根据患者的自身病史、病程及诊断，确定患者的样本是否留存，患者是否加入随访库。一旦结果是肯定的，就开始启动三联体流程。

为收集样本，根据伦理要求，临床医生与患者谈话，签订知情同意书。在手术期间，由经过病理科医生培训后的手术室技术人员规范化取材，记录样本来源者的病案号及样本类型信息，及时装入暂存的小型液氮罐，由专门的配送人员送至生物样本库，生物样本库人员接收处理入库归档。

在临床随访方面，患者一旦由医生诊治后确认纳入随访系统，该患者的基本信息及就诊病程全部载入随访系统，根据规范的随访方案进行定期规范的随访。当到了随访日期，系统自动给患者的医生、患者本人或其家属的手机发送随访提醒的通知短信，提醒主治医生做好随访准备，提醒患者及时来医院随访。患者来医院随访时，在门诊医生工作站，医生刷患者的就诊卡，即弹出每次的随访界面，根据患者现状、患者之前的病史病程、前几次的随访记录等情况进行综合的随访诊治。

目前，北京大学人民医院建立了734个标准化临床路径，实现了临床路径表单和医生工作站的有效衔接，逐步实现了对所有患者全部进行临床路径管理，已承办了卫生部外科专业临床路径培训班。临床路径的应用能够规范化诊治且结果可控、可持续改进。

北京大学人民医院生物样本库分区严格、规范，工作流程全面规范化和标准化，生物样本库信息管理系统全面建成，支持二维码，跟踪样本流转过程，全程质控，手持终端方便实时；北京大学人民医院生物样本库信息管理系统集成了电子病历系统和随访系统，对接随访和临床；规范化管理数量众多的科室、冰箱、样本。

正在试运行的随访数据管理系统，与医院信息系统无缝对接，形成“以患者为中心、服务于临床”的全院临床信息资源共享系统，实现患者管理、数据导入、随访方案定制、随访管理等基本功能。随访数据有门诊、住院、实验室3个来源，系统在此3处分别建立采集终端，用户可以在采集终端上录入随访数据。随访系统和结构化电子病历、生物样本库共同构成三联体；完成从电子病历按照诊断将患者自动加入随访，实现患者复诊检查、检验结果直接插入随访记录单，实现无感化随访。目前，正在进行从结构化电子病历中自动提取随访元素点的建设。

北京大学人民医院生物样本库自建成以来，为院内科室提供了很好的转化平台，样本的规范化、信息化管理使样本的应用更符合国际标准。生物样本库截止到目前，为院内肝病研究所、呼吸内科、血液病研究所、消化内科、内分泌科、胃肠外科、泌尿外科等11个科室提供了样本，样本类型包括血清、血浆、血细胞、癌组织、癌旁组织、正常组织、骨髓、尿上清、尿沉渣等，支持了“973”项目2项、“863”项目2项、国家自然科学基金7项、国家重大科技专项2项、北京市科技计划项目2项及其他科研项目等，并基于以上项目发表国内核心期刊及SCI高质量论文多篇。

北京大学人民医院临床路径和生物样本库已良好运作，临床随访库也开始运行，相信假以时日，三联体为科研、临床大范围、高效率的服务将见巨大成效。

临床医学是医学的主体，而临床医学的创新直接依赖于临床研究水平的高低。临床是基础，科研是方向；临床训练是基本功，科研则意味着提升发展力。由此，医学行家、名家们将做到科研与临床的紧密结合，成为不但会看病、手术，而且还能授业解惑并走在医学前沿的一代名医；医院也不仅是综合性的临床医疗医院，更是结合了科学研究深远发展的综合性国际医院。

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Construction of biological sample library is the cornerstone for clinicalmedical research

ZHANG Yujun1，YE Lei1，GAO Fangfang1，PENGWeikang1，XU Tao2，3，LIU Yulan1，2，4
(1.Clinical Study of Molecular Biology，Peking University People′s Hospital，Beijing 100044，China；2.Department of Research，Peking University People′s Hospital，Beijing 100044，China；3.Department of Urology，Peking University People′s Hospital，Beijing 100044，China；4.Department of Gastroenterology，Peking University People′s Hospital，Beijing 100044，China)

With the rapid development ofmodern biotechnology，the construction and development of the biobank has grown up.The existing domestic and foreign biobank pattern are diverse，Peking University People′s Hospital put forward a new trinitymode of biobank，establish a clinical path and structured electronicmedical records system as the core，integrate biobank and followed up database.We set up a sharing platform for clinicalmedicine，scientific research and teaching which laid the foundation for the translationalmedicine.The trinity integrated with the clinical diagnosis，sample collection，and follow-up，to provide high quality samples at the same time for scientific research，to provide scientific and complete data support for clinical research.Biobank provides the material foundation and application platform for clinicalmedical research.Biobank is the cornerstone of the clinicalmedical research.

Biobank；Trinity；Clinical pathway；Electronic medical record system(EMR)；Clinical follow-up library

R197.38

A

2095-3097(2014)06-0347-06

10.3969/j.issn.2095-3097.2014.06.008

2014-09-03 本文编辑:徐海琴)

100044北京，北京大学人民医院临床分子生物学研究所(张育军，叶 磊，高芳芳，彭卫康，刘玉兰)，科研处(徐 涛，刘玉兰)，泌尿外科(徐 涛)，消化内科(刘玉兰)

刘玉兰，E-mail:liuyulan＠pkuph.edu.cn