出生缺陷生物樣本庫建設及管理實踐

姜晏++++++李璐++++++吳玉璘++++++林寧++++++許豪勤

[摘要] 從基層婦幼保健和計劃生育服務站點收集出生缺陷相關樣本并做服務對象的相關信息收集和樣本檢測，設計開發樣本庫管理軟件，規劃編碼樣本庫內的存儲空間，利用開發的管理軟件管理標準化處理的大量樣本，存入規劃好的空間保存。探索建立基于基層的出生缺陷預防生物樣本庫的工作經驗，為基層群眾提供服務和相關研究積累樣本資源。江蘇省計劃生育科學技術研究所目前保存唐篩、耳聾、無創產前篩查、先天性心臟病標本合計超過萬例，初步建立了規范的出生缺陷預防生物樣本庫，將開發設計的樣本庫管理軟件用于出生缺陷預防和研究服務，為后面的持續研究奠定基礎。

[關鍵詞] 出生缺陷；生物樣本庫；信息系統

[中圖分類號] R197 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）10（c）-0164-04

Establishment and management of birth-defect biobank

JIANG Yan1* LI Lu2* WU Yulin1 LIN Ning1 XU Haoqing1

1.Diagnosis Center， Jiangsu Family Planning Science and Technology Research Institute， Jiangsu Province， Nanjing 210036， China； 2.Reproductive Medicine Center， Chongqing Population and Family Planning Science and Technology Research Institute， Chongqing 400020， China

[Abstract] Birth defects samples are collected from primary maternal and child health care and family planning service sites， the relevant information of service objects collected and the samples detected. Designing biobank management software， encoding storage space， using the management software to manage large sample of standardized processing， store in planned space. This article discusses the work experience of birth-defect biobank establishment based on the basic level， in order to provide service for grass-roots and accumulate sample resources for research. Jiangsu Family Planning Science and Technology Research Institute has ten thousands of blood samples and DNA extractions of screening for Down symdrome， deafness， noninvasive prenatal screening， congenital heart disease， preliminarily establishes a standardized birth-defect biobank， put biobank management software into birth-defect prevention and research， which lay the foundation for the continued study.

[Key words] Birth-defect； Biobank； Information software

出生缺陷是影響中國兒童健康和出生人口素質的重大公共民生問題。2012年發表的中國出生缺陷防治報告指出，我國出生缺陷高發，發病率約為5.6%，每年新增出生缺陷數約為90萬例，其中約有25萬新生兒在出生時明顯可見出生缺陷[1]。出生缺陷是環境和遺傳因素的共同作用的結果，其中由于一部分遺傳因素所致的出生缺陷可以通過特定的檢測方法進行檢查，可以提早進行干預防治。國家高度重視預防和減少出生缺陷發生，開展的“國家免費孕前優生健康檢查項目”逐步實現城鄉全覆蓋，目前仍然在全力推進和提升服務質量，并為健康中國建設提供有力保障[2]。江蘇省在開展國家孕前檢查項目工作的同時進行應用研究，根據出生缺陷在人群中調查和預防工作的精神，從群眾健康需求出發，在整合基層資源和江蘇省計劃生育科學技術研究所（以下簡稱“我所”）中心實驗室資源的基礎上，在“江蘇省出生缺陷篩查及診斷實驗室能力建設”項目的要求下，建立出生缺陷實驗室篩查平臺和出生缺陷生物樣本庫。

生物樣本庫指的是標準化收集、處理、儲存和應用健康以及疾病生物體的生物大分子、細胞、組織和器官等樣本或經處理過的生物樣本（DNA、RNA等）以及與這些生物樣本相關的情況調查和知情同意等資料[3]。出生缺陷生物樣本庫需要標準化的實驗室信息管理系統和樣本管理系統，能夠為出生缺陷早期干預提供強有力的支持。樣本管理系統也是建立標準化的樣本質量控制和樣本信息管理的重要手段[4]。生物樣本庫為提高生物醫學研究質量、探索更好更安全的醫療方法提供了寶貴的資源，因此近年來備受關注。在這個背景下，中國生物樣本庫協會于2010年成立，每年召開中國生物樣本庫標準化建設與應用研討會暨中國生物樣本庫院長高峰論壇，2011年制定的中國生物樣本庫行業規范[5]將醫學研究中臨床研究的重要性提到前所未有的高度，給中國臨床研究注入了積極的活力，也給臨床生物樣本庫的發展創造了良好機遇。endprint

1 建立信息化的出生缺陷樣本庫

建立出生缺陷生物樣本庫系統需要多方面配合，包括醫學倫理和知情通知書簽訂、實驗室環境設施、配套的管理軟件和硬件設備、采集運輸分離管理流程規范等環節。

1.1 醫學倫理委員會管理

我所生物樣本庫設有管理委員會、學術委員會及倫理委員會，由專職人員負責管理，管理服務對象的樣本和孕產史家族史信息采集中的相關倫理道德問題。所有樣本都由服務對象本人和采集醫生在知情同意書上簽名，樣本取用也要通過相關手續進行。

1.2 實驗室環境設施

我所生物樣本庫規劃為樣本處理區和樣本存儲區、核酸提取室、資料室及低溫存儲室。主要設備包括：-80℃超低溫冰箱、4℃低溫離心機、超微量分光光度計、24 h冷鏈監控系統等。24 h冷鏈監控系統包括溫度探測設備、溫度監控設備、報警器、服務器等。此冷鏈監控系統可以動態監測溫度，具有設置報警溫度上下線范圍和超溫報警及通知的功能，當保存箱中的溫度高于系統預設溫度時，會發出報警聲，并且系統會在軟件端彈出通知，提示實驗室人員。同時，定期檢查樣本庫溫控探頭，避免溫控失效，從而最大限度保證樣本的凍存環境，以保證樣本的質量。

1.3 信息系統和相關硬件

采用雷奧公司開發的生物樣本庫智能信息管理系統，可根據資料的內容設計開發設置需求模塊。液氮罐、冰箱可以實現可視化存儲，實時獲取樣本庫的數據。數據包含樣本編碼、采集日期、類型、存儲方式以及存儲位置等字段，可以靈活刪減。可用的相關硬件設備包括電腦和路由器、局域網絡、服務器等。

1.4 流程管理

按照中國醫藥生物技術協會生物樣本庫標準，結合我所實際情況制訂生物樣本庫制度職責及標準操作流程（SOPs），其中包括人員管理、儀器設備管理、實驗管理、樣本采集、處理、存儲、質量控制、運輸流程、銷毀管理等。出生缺陷生物樣本庫的建立后，采集工作環節由基層醫生確定并簽署知情同意書后，通過物流運送至我所實驗篩檢中心保存。

1.5 信息收集

采集的出生缺陷樣本中，唐篩和高通量無創產前檢測的入庫樣本信息包括：基本信息（姓名、性別、年齡、身份證號、家庭住址、聯系方式等）、病史（孕史、月經是否規律等）、環境接觸史、B超檢查結果以及隨訪資料等。對唐篩中的高危病例做進一步行高通量無創產前檢測，提供進一步的樣本搜集。耳聾基因調查的信息還要包括家族史調查、氨基糖苷類用藥史、聽力喪失程度等信息[8]。將人群分為孕前耳聾基因篩查高危人群（本人聽力檢測有聽力損失或家族成員有耳聾患者）和孕前耳聾基因篩查一般人群（排除以上孕前耳聾基因篩查高危人群的孕前人群），對這兩類的樣本分離存儲。

1.6 血液標本采集流程

唐篩標本：采集血液標本室溫靜置30 min后，4℃低溫離心10 min，分離血清和血漿，將血清分裝成兩份，分裝后加入冰袋經物流運輸至本中心后登記存入-80℃保存。一管用于檢測，一管做留存。高通量標本：抗凝血用STRECK管抽血郵寄，經第一次血漿分離和第二次血漿分離分成4管，每管800 μL標本入庫，-80℃冰箱保存。耳聾基因樣本：抗凝管血管送至經試劑盒提取DNA檢測濃度合格后入庫，-80℃冰箱保存。

1.7 樣本命名和位置管理

對預錄入的樣本需進行編碼，該編碼在樣本庫軟件系統內有且只有一個，不得重復。入庫樣本存入凍存箱的位置由操作者來分配，凍存管存入凍存盒、凍存盒存入冰箱逐步依次完成。對冰箱、凍存架和凍存盒進行編號，樣本的位置編號由這3個編號組成。

1.8 監控管理樣本質量

在樣本收集到入庫整個過程中，對從樣本中提取的DNA樣本，需定期抽查濃度，鑒定合格后可繼續保存。所有樣本應避免反復凍融。

1.9 軟件開發技術和應用系統服務器

樣本庫數據庫采用WebService技術開發并作為跨編程語言和跨操作系統平臺的遠程調用技術，采用Weblogic作為應用服務器，后臺程序應用部署在服務器需下，保證數據庫被訪問。

2 軟件管理出生缺陷生物樣本庫的實踐應用和存在的問題

2.1 生物樣本庫的現況

出生缺陷預防樣本來自2016年10月～2017年8月基層項目點采集的孕齡在14周～21+6周的孕婦10 062例唐篩普查標本，其中查出的高風險對象行高通量無創產前篩查的標本320例。于2015年10月～2017年4月收集的有耳聾家族史的人群耳聾基因篩查標本1980例以及樣本提取核酸。

2.2 完善樣本庫管理制度

考慮到出生缺陷樣本的特點，制訂包括樣本的采集、運輸、處理及存儲等流程的規范，形成《生物樣本庫采集運輸管理說明》《生物樣本庫出入庫說明》《生物樣本庫倫理準則》《生物樣本庫樣本操作流程》《生物樣本庫管理系統使用說明》《生物樣本庫質量控制辦法》等管理制度。

2.3 運行開發的樣本庫管理軟件

利用開發的軟件實時記錄樣本數量和位置，提高存貯容器的利用率及取樣的準確性。由于來自于基層的大量樣本信息都是用Excel登記信息傳至我所實驗篩檢中心，開發樣本庫軟件時考慮設計開發了Excel導入數據功能，可以實現樣本基本信息數據批量錄入。同時，樣本庫資料定期進行備份數據，以防數據丟失和安全控制。運行軟件以來，利用軟件管理實驗室儲存樣本的冰箱溫度和不同類型的樣本錄入，可以滿足日常的管理和操作需求。

2.4 生物樣本庫樣本利用情況

樣本庫建立既滿足本機構出生缺陷研究需要，還滿足省內基層實驗室出生缺陷防治工作的需求。依托中心實驗室的技術和儀器資源與基層共享檢測技術和儀器設備的模式，已經有省內5個市縣完成合作，將標本送至我所實驗篩檢中心進行檢測和保存。檢測出的結果反饋至各個基層的站點，對已孕夫婦進行生育指導和早期干預，避免相關出生缺陷風險，預防出生缺陷發生具有重要意義。同時，依托樣本庫的資源，已有多個科研項目在研。endprint

2.5 出生缺陷生物樣本庫存在的問題

目前出生缺陷樣本庫的入庫對象的隨訪跟蹤和妊娠結局調查機制尚未完善。由于人力、時間和資源等實際情況限制，尚未安排跟蹤隨訪妊娠結局的工作。建議對于在前期篩查中發現的重點服務對象，根據研究的需要進一步制訂下一步研究計劃，對服務對象做有針對性的隨訪跟蹤。

3 建立出生缺陷樣本庫的思考和展望

在實踐中對建立生物樣本庫中的一些問題進行思考。第一，研究觀念需要明確。研究者應該是組織標本的管理者而非所有者，管理者的職責應該是在遵守倫理學的基礎上，保證樣本安全合理的用于科學研究[9-10]。出生缺陷樣本庫收集的是針對孕婦和有障礙的人群和家族成員，對這一特殊群體如何合理地采集保留樣本更應該慎重。研究計劃中的人群涉及范圍廣，樣本庫中的樣本數量巨大，尊重醫學倫理道德和保護對象隱私的工作始終是根本。第二，樣本庫的空間和資源相對有限的，庫存的樣本也是有生命周期，需要有采集-整理-申請廢棄的循環，所以，設立新的收集計劃時候應該如何規劃和處理之前的標本。有學者提出生物樣本庫主動式管理，在確保質量和數量的前提下，對庫存樣本的量化評分，適時調整庫存，為生物樣本庫主動式管理的實現提供可能[11]。未來，根據樣本的特點和年份等信息打分排序進行廢棄的方式將使空間循環。第三，樣本庫的工作細節較多，由于樣本從基層搜集，儲存到樣本保存前有諸多影響因素，如運輸條件、溫度變化等都會影響到樣本的質量，從而影響樣本最終的檢測結果。因此，樣本前處理中的時間、溫度和存儲運輸容器都會影響樣本的生命周期[12]。加之，樣本本身的生物學特點不能反復凍融，搜集之初考慮是否分裝也是采集計劃的一部分。在采集的各個環節中的問題值得不斷觀察和改進，從而延長標本的生命周期。第四，建設樣本庫是個長期的工作，過程中需不斷借鑒其他相關樣本庫的經驗。國內已經有各種類型的樣本庫建設經驗報道[13-15]，應借鑒先進的經驗解決自身問題完善樣本庫的相關功能和設計。另外，出生缺陷樣本庫需要進一步做條碼管理，在數據庫支持的情況下將研究對象的信息和國家孕前優生健康檔案結合，為后續研究提供更有力的支持。第五，生物樣本庫是江蘇省基層出生缺陷研究的重要基礎，隨著出生缺陷的相關知識宣傳和基層出生缺陷檢測服務的項目在基層持續推廣，基層獲取的有效樣本會迅速增加，基于基層機構建立出生缺陷生物樣本庫會面臨著投入大、周期長、如何提高運轉效率等問題，要有意識地提前規劃設計空間、維護升級軟件，提高管理水平[16-18]。因此，實驗室人員水平是其中關鍵，由于實驗室人員多為醫院出身相對欠缺數據庫、計算機硬件和軟件知識，在這個信息化過程中對這些方面的知識需求更需要得到補充和專業人員的支持[19-20]。總之，樣本庫建設和實踐中會遇到各種問題，不斷解決問題將出生缺陷的生物樣本庫為群眾提供良好的出生缺陷預防服務，幫助基層實施單位提升人才技術科研水平，才能更好地促進基層機構出生缺陷研究持續開展。

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（收稿日期：2017-09-01 本文編輯：程 銘）endprint