/

Skok na biobank, czyli jak działają repozytoria tkanek

avatar
Magda Kopczyńska 24 Lut, 7 minut czytania

 

Ewolucja biobankowania

Po raz pierwszy termin „biobank” pojawił się w literaturze naukowej w 1996 roku, w artykule Lofta i Poulsena traktującym o uszkodzeniach DNA wywołanych przez stres oksydacyjny i ich potencjale jako niezależny czynnik ryzyka w nowotworach1. Od tego czasu dziedzina biobankowania znacznie rozszerzyła swoje kręgi, tym samym wywierając znaczny wpływ na rozwój badań aplikacyjnych. Znaczny postęp na tym polu możemy przypisać równoczesnemu rozwojowi nauk „omicznych” (ang. „omics”) takich jak genomika, transkryptomika czy proteomika, których celem jest wyjaśnienie biologiczno-chemicznych zasad funkcjonowania komórek lub całego organizmu przy użyciu nowoczesnych metod chemicznych i metod biologii molekularnej (m.in. metod spektroskopowych i sekwencjonowania kwasów nukleinowych). Rozwój biobanków nierozerwalnie wiąże się też z możliwością kreowania ogromnych baz danych, w których znajdują się szczegółowe informacje dotyczące każdej z próbek, np. dane kliniczne pacjenta2. Musimy bowiem pamiętać, że sama próbka bez informacji klinicznych lub jakichkolwiek informacji na jej temat na niewiele się może przydać.

Biobankować można wiele różnych rodzajów próbek – od krwi i innych tkanek, przez określone komórki, aż po DNA, RNA i białka. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu ogromnych zamrażarek, które osiągają temperaturę -70°C lub specjalnych zbiorników z ciekłym azotem, tzw. dewarów (od nazwiska szkockiego fizyka i chemika – Jamesa Dewara). Warto wspomnieć, że historia z biobankowaniem komórek rozpoczęła się już w 1951 roku w szpitalu Johna Hopkinsa, gdzie personel medyczny podczas operacji pobrał od pacjentki Henrietty Lacks komórki nowotworowe. Komórki te hodowane w warunkach laboratoryjnych okazały się być nieśmiertelne, tym samym przyczyniając się do osiągnięcia pamiętnego kamienia milowego w nauce – od tego czasu naukowcy mogli wykorzystywać komórki HeLa (od pierwszych liter imienia i nazwiska pacjentki)jako model in vitro nowotworu3. Niestety, komórki zostały pobrane bez zgody pacjentki, tym samym dając początek rozważaniom nad etyką takiego postępowania i kwestii własności materiału biologicznego.

W literaturze naukowej można znaleźć wiele różnych klasyfikacji biobanków, jednak najbardziej ogólne jest wyróżnienie biobanków populacyjnych i takich, które skupiają próbki od pacjentów cierpiących na tę samą chorobę. Biobanki populacyjne, takie jak np. UK Biobank4, czy Narodowy Biobank Duński5 skupiają materiał biologiczny od ochotników, a ich głównym celem jest badanie genotypu wraz z ekspozycją na określone czynniki zewnętrzne w kontekście rozwoju specyficznych chorób. W tym celu łączy się dane molekularne otrzymane z analizy próbki wraz z danymi klinicznymi oraz tymi pochodzącymi z kwestionariuszy. Z kolei głównym celem istnienia biobanków zorientowanych na próbki pacjentów cierpiących na tę samą chorobę jest dogłębne badanie mechanizmów patogenezy danego schorzenia, jak i identyfikacja możliwych strategii terapeutycznych. Tak na przykład w 1982 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim powstał biobank skupiający próbki krwi i innych płynów ustrojowych od chorych na AIDS (AIDS Specimen Bank)6,7.

 

Biobankowi giganci

Największy postęp w zakresie biobankowania można przypisać ostatniej dekadzie. Luigi Coppola i wsp. w kwietniu 2019 roku przeprowadzili analizę publikacji naukowych, w których pojawiają się słowa takie jak: biobank, cancer (nowotwór), consent (zgoda), ethics (etyka), public health (zdrowie publiczne), personalized medicine (medycyna spersonalizowana) i biomarkers (biomarkery). Wyniki tej analizy przedstawia poniższy wykres (Rys. 1), na którym wyraźnie widać olbrzymi skok w okolicach 2010 roku, co jest związane z dynamicznym rozwojem i znacznym spadkiem kosztów wysokoprzepustowych analiz genetycznych, jak i usprawnieniem działania internetowych baz danych. Naukowcy zaczęli odkrywać ogromny potencjał, jaki niesie ze sobą przechowywanie cennych tkanek i dopracowali metody kolekcjonowania materiału biologicznego tak, aby nie narazić go na degradację.

 

Fig. 1

Rysunek . Graficzna reprezentacja ilości publikacji naukowych związanych z biobankowaniem: a) ze względu na upływ lat, b) biorąc pod uwagę tematykę. Źródło: https://doi.org/10.1186/s12967-019-1922-3

 

Obecnie na świecie istnieje ponad 120 różnych biobanków, które w większości skupiają się na genomice i medycynie spersonalizowanej. Znacznie różnią się między sobą ilością przechowywanych w nich próbek i specjalizacją. Pieczę nad biobankami mogą sprawować różnorodne instytucje naukowe i rządowe, ale też i firmy, na potrzeby komercyjne8.

Jednym z największych biobanków w Europie jest Biobank Graz działający przy austriackim Uniwersytecie Medycznym w Graz. Skupia on niemal 20 milionów próbek (warto wspomnieć, że jeden pacjent może oddać więcej niż jedną próbkę) kolekcjonowanych przez 30 lat. Służy głównie naukowcom, którzy prowadzą badania z dziedziny patomechanizmu różnych chorób, jak również ich diagnostyki i leczenia. W kolekcji Biobanku Graz można odnaleźć tkanki zamrożone oraz utrwalone w formalinie, jak i krew, osocze, mocz czy płyn mózgowo-rdzeniowy. Próbki z Austrii są dystrybuowane na cały świat na rzecz rozwoju badań naukowych, które zostały zatwierdzone pod względem etycznym i metodologicznym9 – tkanki stanowią niezwykle cenny materiał do badań i nie powinny być wykorzystywane do projektów, które nie mają solidnych podstaw.

Ciekawą inicjatywą jest też amerykański program badawczy „All of Us”, którego celem jest zebranie miliona ochotników, wyrażających zgodę na dzielenie się informacjami dotyczącymi ich stanu zdrowia, zawodu i stylu życia. Potencjalni uczestnicy programu powinni też oddać próbki krwi i moczu do fizycznego biobanku. Program został zainicjowany przez Narodowy Instytut Zdrowia (ang. National Institutes of Health) w celu rozwoju medycyny spersonalizowanej zarówno w przypadku chorób rzadkich, jak i tych występujących powszechnie10.

Tak jak wspomniałam wcześniej, oprócz biobanków populacyjnych, istnieją również takie, które skupiają specyficzne próbki związane z określoną chorobą. Przykładem może być biobank utworzony z tkanek należących do osób cierpiących na nowotwory tarczycy po wybuchu elektrowni w Czarnobylu (ang. Chernobyl Tissue Bank). Został on utworzony z myślą o badaniu długotrwałych efektów katastrofy11. Takie inicjatywy często zakładane są też oddolnie – za przykład niech posłuży nam fundacja PATH (ang. Patients’ Tumor Bank of Hope) założona w 2002 roku w Niemczech przez pacjentki cierpiące na raka piersi12.

W Polsce natomiast w 2017 roku rozpoczęto pracę nad zrzeszeniem biobanków w jedną nadrzędną sieć (Polską Sieć Biobanków) w obrębie Infrastruktury Badawczej Biobanków i Zasobów Biomolekularnych (BBMRI-EIRC). Większość biobanków w Polsce jest specjalistyczna, więc stworzenie takiej sieci ma na celu zintegrowanie zebranych danych i zwiększenie dostępu do informacji już nagromadzonych w specjalistycznych placówkach. Niestety, ilość próbek zgromadzonych w polskich biobankach, jak i sama wiedza na temat biobankowania, nadal jest stosunkowo niewielka13,14.

 

Druga strona medalu

Podczas gdy zakładanie nowych biobanków znacznie przyczyniło się do rozwoju nauki, dając ogromne możliwości naukowcom z całego świata poprzez dostęp do uporządkowanych zasobów niezwykle cennych danych, warto zaznaczyć, że rozwój tej dziedziny nastąpił w sposób zdecentralizowany. Biobanki są grupą bardzo niejednorodną – w każdym kraju obowiązują inne dyrektywy dotyczące ochrony biobankowanych danych, a każdy biobank może mieć inne zasady, które odnoszą się do decyzji na temat zakwalifikowania danej próbki do kolekcji, jak i samego jej przechowywania i kontroli jakości15,16. Stwarza to potencjalne problemy w osiągnięciu ogólnego międzynarodowego celu – łatwego i nieograniczonego dostępu placówek naukowych do materiału biologicznego.

Z biobankowaniem wiążą się problemy nie tylko techniczne. Wspomniana wcześniej przeze mnie historia Henrietty Lacks, na której komórkach nota bene po dziś dzień pracuje ogromna część badaczy, doprowadziła w środowisku naukowym do dyskusji na temat konieczności pozyskiwania pisemnej, świadomej zgody pacjenta na bankowanie jego materiału biologicznego, jego komercjalizacji, etyki oraz prywatności. Rozwój nowoczesnych metod w dziedzinie genetyki, takich jak sekwencjonowanie wraz z współistniejącymi bazami danych, zmusił naukowców do stawiania pytań, w jaki sposób najlepiej chronić wrażliwe dane pacjentów, których materiał biologiczny podlega biobankowaniu.

Dokumentem, który określa ogólne normy postępowania w przypadku prowadzenia badań naukowych jest Deklaracja Helsinska, która m.in. ustala zasady etyczne, w tym znaczenie ochrony godności, niezależności, prywatności i poufności badanych osób. Jednak zważywszy na fakt, że ostatnia rewizja Deklaracji miała miejsce w 2013 roku, a nauka przez 7 lat (w szczególności na polu biobankowania) naturalnie wyewoluowała, niektóre informacje mogą być nieprecyzyjne17. W 2016 roku znowelizowano także Deklarację Światowego Stowarzyszenia Lekarzy (ang. World Medical Association), która określa prawa dawców ludzkiego materiału biologicznego i podkreśla kluczowość świadomej zgody, jednocześnie zwracając uwagę na techniczne szczegóły pobierania i przechowywania próbek18.

Nierozwiązanym po dziś dzień problemem jest aspekt własności materiału biologicznego. Oczywiście żadna osoba nie może posiadać na własność innej, jednak wielu naukowców, którzy współtworzą biobank przyczyniając się do kolekcjonowania próbek, niekiedy uważa zgromadzony materiał biologiczny za „swój”. Biobanki zazwyczaj jednak pozostają jedynie depozytariuszami materiału, a nie jego właścicielami, co pokrywa się ze stanowiskiem Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem (ang. International Agency for Research on Cancer), że „nie istnieje [takie pojęcie, jak] własność próbek biologicznych, a biobank powinien określać własność bądź opiekę (ang. custodianship) w oparciu o wytyczne krajowe i instytucjonalne”7.

 

Standaryzacja i etyka

Biobankowanie bezsprzecznie przyczyniło się do rozwoju badań, które już w przeciągu najbliższych lat mogą realnie pomóc wielu ludziom chorym m.in. na różne rodzaje nowotworów. Dzięki wnikliwej analizie materiału genetycznego wśród tysięcy próbek, jesteśmy w stanie uzyskać bezcenne informacje, które mogą przyczynić się do niemal idealnego dobrania terapii do określonego typu choroby. Ze względu na decentralizację biobanków, dla prowadzenia rzetelnych badań niezwykle ważne jest wprowadzenie – oby w niezbyt odległym czasie – procedur, które ustandaryzowałyby protokoły pobierania oraz przechowywania próbek. W wielu krajach, a zwłaszcza na obszarze EU, takie standardy już istnieją.

Niezbędne jest też ustalenie prawnej ochrony danych, które przechowywane są w biobankach. Nie zapominajmy o protoplastach tego przedsięwzięcia – jak bardzo nieetyczne wydaje się nam teraz pobranie komórek nowotworowych bez zgody pacjenta, rozprzestrzenienie ich na cały świat oraz opublikowanie online ich genomu? Tym bardziej, że niesławna historia komórek HeLa obnaża nie tylko ówczesny brak etyki wśród niektórych lekarzy i naukowców, ale też ukazuje rasowe nierówności zakorzenione w systemie ochrony zdrowia Stanów Zjednoczonych w tamtych czasach. Henrietta Lacks była bowiem Afroamerykanką, a szpital Johna Hopkinsa był jednym z niewielu, które świadczyły usługi medyczne Afroamerykanom. Przez wiele dekad po śmierci pacjentki żadna z ogromnych firm biotechnologicznych nie zaproponowała rodzinie zmarłej finansowej rekompensaty, a lekarze i naukowcy nie zapytali krewnych o zgodę podczas ujawniania danych pacjentki publicznie19. Dopiero ostatnimi czasy na konto fundacji Henrietta Lacks Foundation zaczęły wpływać duże kwoty od instytucji naukowych (m.in. od Instytutu Medycznego Howarda Hughesa)20. Niech będzie to symbol dużego kroku naprzód w etyce prowadzenia badań – przecież dzisiaj dla nas, naukowców, respektowanie praw pacjenta jest na pierwszym miejscu, a jego świadoma zgoda stanowi podstawę do działania.

 

[W tym wydaniu Genetyki polecamy artykuły Katarzyny Ferdyn i Piotra Topolskiego, jeśli interesują Was aspekty prawne i etyczne, jak również ochrony danych i zabezpieczeń – przyp.red.]

 

 

Literatura:

1. Loft, S. & Poulsen, H. E. Cancer risk and oxidative DNA damage in man. J. Mol. Med. 74, 297–312 (1996).

2. Carey, D. J. et al. The Geisinger MyCode community health initiative: an electronic health record-linked biobank for precision medicine research. Genet. Med. Off. J. Am. Coll. Med. Genet. 18, 906–913 (2016).

3. Mauffrey, C. et al. Pearls and pitfalls of open access: The immortal life of Henrietta Lacks. Injury 48, 1–2 (2017).

4. UK Biobank – UK Biobank. https://www.ukbiobank.ac.uk/.

5. Danish National Biobank. https://www.danishnationalbiobank.com/.

6. AIDS Specimen Bank Core | UCSF-Gladstone Center for AIDS Research (CFAR). https://cfar.ucsf.edu/cores/aids-specimen-bank.

7. Coppola, L. et al. Biobanking in health care: evolution and future directions. J. Transl. Med. 17, 172 (2019).

8. Exploring the World’s Largest Biobanks. https://www.global-engage.com/life-science/exploring-the-worlds-largest-biobanks/.

9. Biobank. https://biobank.medunigraz.at/en/.

10. All of Us Research Program. https://www.joinallofus.org/.

11. About the Project | Chernobyl Tissue Bank. https://www.chernobyltissuebank.com/about-us.htm.

12. Mitchell, D. et al. Biobanking from the patient perspective. Res. Involv. Engagem. 1, (2015).

13. Biobanki łączą się w sieć | Nauka w Polsce. https://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news%2C80588%2Cbiobanki-lacza-sie-w-siec.html.

14. Eksperci: wiedza o biobankowaniu jest mała, a to przyszłość medycyny | Nauka w Polsce. https://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news%2C79379%2Ceksperci-wiedza-o-biobankowaniu-jest-mala-przyszlosc-medycyny.html.

15. Capocasa, M. et al. Samples and data accessibility in research biobanks: an explorative survey. PeerJ 4, e1613 (2016).

16. Ransohoff, D. F. & Gourlay, M. L. Sources of bias in specimens for research about molecular markers for cancer. J. Clin. Oncol. Off. J. Am. Soc. Clin. Oncol. 28, 698–704 (2010).

17. Mastroleo, I. Post-trial obligations in the Declaration of Helsinki 2013: classification, reconstruction and interpretation. Dev. World Bioeth. 16, 80–90 (2016).

18. NIL – Deklaracja z Tajpej. https://nil.org.pl/dzialalnosc/osrodki/osrodek-bioetyki/etyka-w-badaniach-naukowych/774-deklaracja-z-tajpej.

19. Henrietta Lacks: science must right a historical wrong. Nature 585, 7–7 (2020).

20. Witze, A. Wealthy funder pays reparations for use of HeLa cells. Nature 587, 20–21 (2020).

 

 

Podziel się: