中國腦血管病多中心臨床研究生物樣本庫建設模式探討

林金嬉，梁憲紅，李上智，劉麗，孟霞，李子孝，王擁軍，4

卒中具有發病率高、致殘率高、死亡率高和復發率高的特點。目前，我國40～74歲居民首次卒中標化發病率平均每年增長8.3%[1]。根據《中國卒中報告2019》指出，卒中已成為我國居民死亡和致殘的主要原因之一，中國已成為卒中終生風險最高和疾病負擔最重的國家[2]。

近年來，首都醫科大學附屬北京天壇醫院牽頭，在全國范圍內開展了氯吡格雷治療急性非致殘性腦血管事件高危人群研究（Clopidogrel in High-risk Patients with Acute Non-disabling Cerebrovascular Events，CHANCE）、中國卒中登記研究Ⅲ等多項腦血管病多中心臨床研究，發揮強大的數據資源匯集優勢，尋找更多的循證醫學證據，解決臨床重大需求和實際問題，推動我國卒中防治策略的發展[3-4]。多中心研究成為推動我國卒中防治工作的重要平臺。

在多中心臨床研究項目執行過程中，質量管理尤為重要。只有參與研究的各單位遵循并落實統一、規范的臨床數據及生物樣本的采集，才能保證研究數據的質量水平，更好地應用于后期分析及資源共享。為提高腦血管病多中心臨床研究生物樣本質量管理的水平，本研究結合腦血管病專病隊列研究實際需求，在前期北京天壇腦血管病生物樣本庫基礎上，建立了我國腦血管病多中心臨床研究生物樣本質量管理平臺。

1 方法

1.1 確定腦血管病多中心臨床研究生物樣本質量管理內容 通過文獻復習及專家咨詢等方法確認多中心臨床研究生物樣本采集流程及質量控制內容。

1.1.1 文獻復習 通過查詢國際、國內生物樣本庫建設現狀及相關規范[5-8]，了解國內外多中心臨床研究信息及生物樣本的采集項目[9-12]。確定多中心生物樣本質量控制管理指標體系，包括①硬件指標：分中心硬件設施要求，如設備設施、信息平臺建設等；②樣本來源指標：樣本采集時間點、與臨床數據對接的唯一標識碼、樣本種類、樣本數量等；③樣本處理信息指標：生物樣本處理流程、技術參數、處理質量等。

1.1.2 專家咨詢 咨詢神經科學、流行病學、檢驗學、生物樣本庫等學科領域的專家，篩選多中心臨床研究生物樣本質量控制管理要素，制定多中心研究生物樣本采集處理種類、流程、方法及配套等信息。

1.2 參考國際標準進行管理平臺建設 參考世界衛生組織、國際生物與環境樣本庫協會關于生物樣本庫的最佳實踐指南意見，根據國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）的ISO9001標準及我國《生物樣本庫質量和能力通用要求》（GB/T 37864-2019），在天壇腦血管病生物樣本庫質量管理體系基礎上，構建生物樣本庫建設標準框架，從場地、設施設備、操作規程、信息收集、質量控制等多個維度，建立多中心臨床研究生物樣本質量管理體系。

1.3 試驗研究 結合腦血管病臨床研究需求搭建多中心生物樣本資源體系，包括多中心臨床研究生物樣本管理系統、質量控制系統、設備溫度遠程監控系統。

多中心臨床研究生物樣本管理系統：為多中心生物樣本庫提供統一的數據庫管理系統，規范各中心樣本信息存儲，避免各中心數據信息存儲不一致導致后期數據分析困難。

多中心臨床研究生物樣本質量控制系統：通過軟件系統將標準化作業指導規范和流程程序化、可視化、可操作化。使各分中心可以在統一的標準下完成樣本的提取，保證項目樣本質量的均一性和穩定性。

設備溫度遠程監控系統：集中管理多中心溫度記錄儀上傳的溫度記錄。實時接收臨時、長期保存的樣本存儲設備溫度記錄儀的溫度監測數據，包括多中心項目樣本轉運過程中的溫度監控，實現生物樣本保存條件的實時監測。

1.4 資源共享 建立腦血管病多中心臨床研究生物樣本共享機制，統一、科學、合理規劃生物樣本的使用，由具備相關檢測資質的機構進行以探索性指標為主的檢測分析，所產生的生物樣本相關數據歸檔國家神經系統疾病臨床醫學研究中心大數據部，作為臨床研究數據的組成部分，遵循國家神經系統疾病臨床醫學研究中心共享管理辦法向研究者開放共享。

2 結果

作為腦血管病多中心臨床研究的重要支撐平臺，結合腦血管病專病隊列研究實際需求，在前期北京天壇腦血管病生物樣本庫基礎上，已開發完成我國腦血管病多中心臨床研究生物樣本質量管理平臺。遵照《中華人民共和國人類遺傳資源管理條例》及《首都醫科大學附屬北京天壇醫院人類遺傳資源管理辦法》，對于符合醫學倫理原則及相關規定的多中心研究項目提供生物樣本質量管理支持。

2.1 建立多中心臨床研究生物樣本亞組分中心篩選流程 根據多中心臨床研究方案篩選符合生物樣本亞組分中心條件的合作單位（圖1），以保障該分中心硬件條件（如是否有離心機、超低溫冰箱等）與人員配備（如有無專人負責生物樣本、技術人員資質等）按照統一標準規范化落實研究方案所指定的生物樣本采集、處理操作，保障所采集的生物樣本質量能滿足后續研究需求。

圖1 多中心臨床研究生物樣本亞組分中心篩選流程

2.2 建成多中心臨床研究生物樣本數據庫管理系統

2.2.1 應用方向 北京天壇醫院作為臨床研究生物樣本數據庫總中心，在醫院網絡內建立樣本中心數據庫，各項目分中心建立分中心數據庫。總中心與分中心之間通過數據交換平臺交換數據。

2.2.2 實現功能 目前多中心臨床研究生物樣本數據庫建設已經實現了病例入組、樣本采集、樣本前處理、樣本入庫、樣本出庫、樣本查詢、樣本統計在內的生物樣本全生命周期系統化管理；通過數據接口或數據導入形式實現臨床數據系統的數據對接；根據研究需求對樣本信息進行自定義字段，編制項目個體化生物樣本方案；采用結構化數據，生物樣本數據可直接對應科研項目分析；能夠對接自動化設備及其他信息系統，實現瀏覽器、手機、平板電腦等多種客戶端通過網絡訪問和離線操作（圖2）。

圖2 多中心生物樣本數據庫管理系統功能

2.3 建成多中心生物樣本質控管理系統

2.3.1 應用方向 建立網絡化生物樣本質控系統，可通過多種客戶端訪問系統，樣本提取操作的各環節均可方便地使用本系統。在增加分中心或合作單位時，無須技術人員部署客戶端，用戶可通過電腦、平板電腦、手機等設備隨時訪問系統，并通過線上教學快速掌握使用方法。

2.3.2 實現功能 管理系統涵蓋標準操作流程教學培訓、樣本處理、設備管理、樣本轉運、試劑耗材管理、異常情況處理、質量評審及數據上傳等功能。對于參加不同研究的分中心進行分項管理，根據課題設定樣本提取標準工作流程，創建樣本采集處理實施計劃；實施過程自動記錄樣本信息、操作人員、實驗器材、階段性成果狀態等。信息形式可作為文字和圖片上傳；根據用戶權限設定可分層查詢、比對樣本記錄、隨機抽取質檢、調取樣本存儲、轉運溫度記錄等。同時配備圖文、視頻教學功能，實現遠程教學、培訓及質量控制工作（圖3）。

圖3 多中心生物樣本質控管理系統功能

2.4 建成多中心設備溫度監控管理系統

2.4.1 應用方向 多中心設備溫度監控管理系統可對樣本存儲設備溫度數據進行實時顯示和存儲記錄，并進行異常報警。管理者可查看所管理設備的實時溫度，也可以通過歷史數據查詢并導出所需要的樣本保存溫度記錄；當設備溫度異常時，平臺可以推送報警信息給管理人員。

2.4.2 實現功能 實現集中管理分中心生物樣本存儲設備溫度監控數據，包括賬戶設置、用戶管理、日志管理、授權管理等功能。采用分層授權，以明確各級用戶的使用權限。以地圖方式展現各監測點溫度監控狀態。通過選擇設備，可查看各監測點的實時溫度及歷史溫度。溫度監控數據可與樣本質控管理系統對接，實現數據整合。超過正常值的異常溫度情況可通過本地聲光、微信、短信等報警方式實時傳達給設備管理人員，以便及時發現問題并處理；獨立的溫度記錄儀也適用于記錄樣本轉運溫度及離線存儲能力，離線數據可導出備查（圖4）。

圖4 多中心設備溫度監控管理系統功能

2.5 建成多中心生物樣本質量管理平臺 通過上述三套系統的開發完成，實現了多中心臨床研究生物樣本質量管理平臺（圖5）。從生物樣本方案標準操作，到工作環境、設備條件，以及物資、物流等，涵蓋多中心臨床研究中生物樣本采集、處理、保存、運輸全鏈條質量管理環節。可規范各分中心生物樣本標準操作流程，實現質量管理人員實時對分中心生物樣本相關的質量管理，并收集完整、可溯源的質控數據。

圖5 多中心生物樣本質量管理平臺

3 討論

在循證醫學研究中，單中心臨床研究往往具有一定的局限性，如樣本量偏小；入選病例的代表性不夠廣泛、全面；受研究中心診治特長所限，集中了具有某些疾病特點的患者；反映的臨床診治模式單一等[13]。近年來在很多疾病研究領域都開展了多中心臨床研究，即由多個研究單位、研究者按照同樣的研究設計，為同一個研究目的，協同完成的研究工作。多中心臨床研究既可以是臨床藥物試驗，也可以是比較廣義的臨床研究，包括前瞻性和回顧性的臨床研究[14]。多中心研究會入選更多的病例，有效整合資源，可以較快地獲得更多數據，擴大的樣本量將極大地提高研究的質量和價值；此外，多中心研究更重要的優勢還體現在涵蓋了更多的多樣性研究對象，最大限度地克服了研究的偏倚性和系統誤差，使研究結果更接近該臨床研究所要揭示問題的真實性[15]。

生物樣本庫又稱生物銀行，經濟合作與發展組織（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）對其定義為：集中保存各種人類生物材料，用于疾病的臨床治療和生命科學研究的生物應用系統。生物樣本庫主要是指標準化收集、處理、儲存和應用健康和疾病生物體的生物大分子、細胞、組織和器官等樣本，包括人體器官組織、全血、血漿、血清、生物體液或經處理過的生物樣本（DNA、RNA、蛋白等）以及與這些生物樣本相關的臨床、病理、治療、隨訪、知情同意等資料及其質量控制、信息管理與應用系統。近年來隨著臨床研究項目的飛速發展，生物樣本庫對疾病臨床治療和生命科學研究的發展做出了重要貢獻。近年來多中心臨床研究項目成為快速、高效、廣泛開展高水平臨床研究的重要形式，高質量的多中心研究生物樣本對于提高臨床研究的數據挖掘分析效率、促進精準醫學及轉化醫學研究發揮了重要作用。北京天壇醫院牽頭在全國范圍內開展了多項腦血管病多中心臨床研究，在規范化采集臨床數據的同時也開展了生物樣本的采集及后續檢測分析工作。其中CHANCE研究生物樣本亞組的相關研究成果已發表SCI收錄論文12篇，影響因子合計超過104分。特別是發表于JAMA的CHANCE藥物基因組學研究結果為促進臨床對缺血性卒中患者開展個體化精準治療提供了理論依據，推動了全球首個藥物基因組驅動的腦血管病Ⅲ期臨床研究（CHANCE-2）的實施[16]。目前，多中心研究已成為持續深入推動我國卒中防治工作的重要平臺。

然而，多中心研究不能簡單理解為有多個單位參加的研究。為保證項目質量，對于參與同一研究的各分中心，需要建立統一的操作規范及技術標準，以保障所采集的病例及其臨床數據的完整性、準確性、規范性和可溯源性。對于配套的生物樣本也應實行統一標準，以建立資源共享的基礎。

在既往開展的腦血管病多中心臨床研究中，北京天壇醫院逐步建立起了初步的多中心臨床研究生物樣本方案，包括：①篩選分中心硬件條件，如具備移液器、離心機、超低溫冰箱等樣本處理及臨時保存設備；②評估分中心人力配備，如能否配備專業技術人員及管理人員；③統一材料，如由項目組集中采購試劑耗材發放至各分中心，以避免材料不同導致數據的質量差異；④規范培訓：遵循各項目生物樣本方案，通過現場培訓、視頻演示、遠程指導等方式對各分中心生物樣本相關操作人員進行統一規范的技術培訓，以減少人為質量差異。

盡管如此，在項目執行過程中，仍然發現有部分樣本質量存在缺陷。主要原因是既往研究的質量控制措施，特別是樣本處理操作為結果判定，無法獲取操作流程實時數據。另外，由于缺少設備溫度遠程實時監控網絡布局條件，分中心超低溫保存設備溫度狀況只能依賴分中心工作人員對設備運行狀態的監管，缺少可追溯性，難以及時發現問題并解決。本研究建成的多中心設備溫度監控管理系統除了對存儲設備的正常運行起到監控的作用，同時也是樣本質控的重要參考指標，對于生物樣本的長期保存有重要意義。

通過腦血管病多中心研究生物樣本管理平臺的建設，在保障信息安全的前提下搭建多中心生物樣本相關質量信息傳輸網絡，能夠從課題方案規劃、訪問權限、設備狀態、樣本信息、操作流程、物資物流等多方面掌握各分中心生物樣本全鏈條質量體系落實情況，有利于項目組長單位質控人員及時發現分中心在人員、材料、方法等各環節的問題，促進分中心糾正及改善，對于保障多中心研究順利進展，提高生物樣本質量、促進后期開發共享具有重要意義。

目前，多中心生物樣本管理平臺受網絡速度及數據庫體量的影響，傳輸數據種類及大小有一定局限性，尚不能實現多中心同步視頻傳輸。隨著5G技術的發展及推廣，下一步研究將針對更多、更大數據的傳輸及集中管理，實現多中心臨床研究生物樣本的大數據綜合管理，為臨床研究奠定更高質量的生物樣本資源平臺。

【點睛】依托國家神經系統疾病臨床醫學研究中心，在天壇腦血管病生物樣本庫質量管理體系基礎上，構建了腦血管病多中心臨床研究生物樣本庫建設標準框架和質量管理體系，為多中心腦血管病臨床研究提供統一、標準、實時、全流程的質量管理，以保障數據的一致性和可溯源性。