樣本庫配套的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺建設(shè)

張鵬飛張 鵬張 硌*滿秋紅張 宏

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樣本庫配套的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺建設(shè)

張鵬飛①張 鵬①張 硌①*滿秋紅②張 宏③*

張鵬飛,女,(1984- ),碩士，助理工程師。解放軍第307醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，從事細(xì)胞信號傳導(dǎo)研究工作。

目的：探討樣本庫轉(zhuǎn)化實驗平臺建設(shè)及其在基礎(chǔ)實驗室和臨床上所具有的功能與作用。方法：通過文獻(xiàn)評閱，確立轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺的功能、作用與雙向轉(zhuǎn)化路徑；根據(jù)功能區(qū)進(jìn)行硬軟件功能配置，制訂管理規(guī)范。結(jié)果：實現(xiàn)了樣本庫轉(zhuǎn)化實驗平臺支撐基礎(chǔ)與臨床相互轉(zhuǎn)化的運行機制。結(jié)論：樣本庫醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化實驗平臺在基礎(chǔ)實驗室與臨床之間建立起一個雙向轉(zhuǎn)化路徑，有效啟動樣品收集、相關(guān)課題研究工作。

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)；樣本庫；轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺；實驗室

①解放軍第307醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 北京 100039

②解放軍第307醫(yī)院病理科 北京 100039

③解放軍第307醫(yī)院 北京 100039

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, 307 Hospital of PLA, Beijing 100071, China.

臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展得益于臨床病例的總結(jié)和基礎(chǔ)研究的進(jìn)展，而基礎(chǔ)研究的方向大都來自于臨床實際問題[1]。然而，目前許多臨床實際問題在于缺乏較好的科研思維或不具備良好的研究條件和設(shè)施[2-3]；而大量的基礎(chǔ)研究又偏離臨床實際，研究成果在較長的一段時間內(nèi)難以在臨床應(yīng)用，因此患者在短期內(nèi)也難以得益于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究帶來的便利和好處[4]。在此情況下，20世紀(jì)90年代提出了轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的概念，期望能把基礎(chǔ)研究的最新成果快速有效地轉(zhuǎn)化為臨床醫(yī)學(xué)使用的技術(shù)和產(chǎn)品，即從實驗室到病床再從病床到實驗室的連續(xù)過程。雖然轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)是近年來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新概念，但這種新型的醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化模式基于基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用的雙向轉(zhuǎn)化，使人們更準(zhǔn)確地理解環(huán)境和遺傳分子之間的相互作用，精確地描繪疾病發(fā)生的分子和細(xì)胞學(xué)本質(zhì)，從而找到疾病預(yù)防“早期診斷”治療的最佳方法，達(dá)到個體化治療[5-6]。這種模式的主要基礎(chǔ)是生物大樣本的篩查及應(yīng)用，因而離不開生物樣本庫的建設(shè)[7]。

生物樣本庫成為轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的戰(zhàn)略資源和基礎(chǔ)，其在生物、臨床和制藥業(yè)等領(lǐng)域的重要作用越發(fā)凸顯[8-9]。如何利用生物樣本，闡明各種疾病的發(fā)病機制、找尋治療靶點，又需要一個實驗平臺來執(zhí)行，因此轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺的建設(shè)是不可或缺的[10]。

1 樣本庫轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺的作用和功能

1.1 由基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)到臨床的轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)概念中實驗室到臨床(bench to beside，B-to-B)模式的第一個內(nèi)涵是B-to-B的轉(zhuǎn)化。這一轉(zhuǎn)化可以迅速的將基礎(chǔ)研究的最新成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用于臨床的新產(chǎn)品和新方法[11]；反過來，這些應(yīng)用在臨床上的反饋又可以指導(dǎo)基礎(chǔ)研究[12]。因此，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺的第一個功能就是：以臨床應(yīng)用為目的，根據(jù)基礎(chǔ)研究中發(fā)現(xiàn)的與疾病發(fā)生發(fā)展相關(guān)的分子和細(xì)胞學(xué)機制，鑒定新的檢測和診斷標(biāo)志物、開發(fā)新的靶向藥物以及發(fā)展新的治療技術(shù)。

1.2 由臨床到基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的第二個內(nèi)涵是臨床到實驗室(beside to bench)的轉(zhuǎn)化，這一轉(zhuǎn)化過程的樞紐就是生物樣本庫。樣本及附屬信息如何處理，進(jìn)而應(yīng)用于基礎(chǔ)研究，是醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化平臺的第二個功能。從樣本庫中保存的腫瘤和正常組織樣本中提取DNA和mRNA，通過高通量測序技術(shù)和芯片技術(shù)，發(fā)現(xiàn)該腫瘤相關(guān)的突變和異常表達(dá)基因[13]。還可以從這些樣本中提取蛋白質(zhì)，通過質(zhì)譜等蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段，發(fā)現(xiàn)異常的蛋白和信號通路，而這些樣本處理功能正是轉(zhuǎn)化平臺的作用所在。

2 樣本庫轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺硬件建設(shè)

2.1 轉(zhuǎn)化平臺的功能分區(qū)

轉(zhuǎn)化平臺既要具有樣本處理的條件，又要具備進(jìn)行基礎(chǔ)研究的條件，同時具備樣本、分子和細(xì)胞的處理和檢測能力。轉(zhuǎn)化平臺的功能可以劃分為以下區(qū)域：核酸提取和檢測區(qū)、蛋白提取和檢測區(qū)以及組織和細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)。此外，還應(yīng)包括實驗準(zhǔn)備、器具清洗、試劑存儲以及人員辦公等公共區(qū)域。

2.2 各功能分區(qū)的主要硬件設(shè)備

公共區(qū)域設(shè)備包括高壓滅菌鍋、烘箱、純水儀、制冰機、電子天平、磁力攪拌器、pH計、普通冰箱、超低溫冰箱和通風(fēng)櫥等。該區(qū)域設(shè)備主要用于各種實驗條件的準(zhǔn)備和試劑的配制。高壓滅菌鍋和烘箱用于各類器皿和移液器墻頭的滅菌和保存；純水儀用于去離子水制備，因為很多操作步驟需要在冰上進(jìn)行，制冰機也是必須的；天平、磁力攪拌器和pH計用于各種試劑、緩沖液的配制；大量試劑、溶液和實驗產(chǎn)物需要在4 ℃、-20 ℃甚至-80 ℃條件下保存，故各類冰箱是必備設(shè)備；一些有害試劑的配制需要在通風(fēng)廚內(nèi)進(jìn)行。

核酸提取和檢測區(qū)主要設(shè)備包括球磨儀、研缽、普通離心機、低溫離心機、電熱恒溫水浴鍋、水平電泳槽、紫外凝膠成像儀、紫外分光光度計、PCR儀、實時定量PCR儀以及生物安全柜等。從組織中提取核酸第一步需要組織塊的破碎研磨，需要球磨儀和研缽；提取過程需要若干步常溫和4 ℃離心；DNA的酶切和連接需要特定的溫度，需用到恒溫水浴鍋；水平電泳槽和紫外凝膠成像儀用于核酸的觀察和分離；紫外分光光度計用于核酸和蛋白濃度和純度的檢測；PCR儀用于DNA擴增，實時定量PCR儀可檢測基因表達(dá)；為了避免污染，一些操作步驟還應(yīng)在生物安全柜內(nèi)進(jìn)行。

蛋白提取和檢測區(qū)主要設(shè)備包括細(xì)胞超聲破碎儀、普通離心機、低溫離心機、混旋儀、垂直電泳槽、電轉(zhuǎn)槽、搖床、組織包埋機、切片機、烤片機以及顯微鏡等。裂解細(xì)胞通常需要細(xì)胞超聲破碎儀，尤其是細(xì)菌中蛋白的提取；離心也是蛋白提取過程中不可缺少的步驟；蛋白的富集純化需要混旋儀，保證蛋白和抗體的充分結(jié)合；蛋白的分離通常采用聚丙烯酰胺凝膠電泳法，通常采用垂直電泳；免疫印跡過程中還需要電轉(zhuǎn)設(shè)備；搖床用于聚丙烯酰胺凝膠的染色和脫色，以及免疫印跡過程中蛋白轉(zhuǎn)移膜的抗體孵育和洗脫；如采用免疫組織化學(xué)法觀察樣本中蛋白，則需要組織塊的包埋，切片等過程；結(jié)果可用顯微鏡觀察。

組織和細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)主要設(shè)備包括二氧化碳細(xì)胞箱、超凈工作臺、生物安全柜、倒置顯微鏡、熒光顯微鏡、細(xì)胞計數(shù)儀、低速離心機和流式細(xì)胞儀等。細(xì)胞在二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱進(jìn)行培養(yǎng)；細(xì)胞的傳代、轉(zhuǎn)染和感染等處理過程均需要無菌環(huán)境，所以需要超凈工作臺和生物安全柜；生物安全柜還特別用于病毒的包裝和感染過程；通常使用倒置顯微鏡來觀察活細(xì)胞，細(xì)胞熒光染色后用熒光顯微鏡觀察，可確定目標(biāo)蛋白的亞細(xì)胞定位；細(xì)胞的轉(zhuǎn)染和感染效果，也可使用熒光顯微鏡直接觀察到；細(xì)胞計數(shù)儀可快速讀出細(xì)胞濃度，配合臺酚藍(lán)染色還可直接顯示活細(xì)胞比例；離心也是細(xì)胞傳代、收集過程中必不可少的步驟，一般低速離心機即可滿足細(xì)胞培養(yǎng)的要求；流式細(xì)胞儀也是細(xì)胞檢測和分選所必需的設(shè)備。

2.3 硬件設(shè)備的管理

保證轉(zhuǎn)化平臺的正常使用，制定嚴(yán)格的儀器操作規(guī)則是非常有必要的。新入平臺人員，必須要對其進(jìn)行儀器使用的培訓(xùn)，日常使用中嚴(yán)格按照操作規(guī)程來執(zhí)行，所有大型設(shè)備還應(yīng)實行登記實驗制度并定期進(jìn)行維護保養(yǎng)。

3 結(jié)語

以疾病治療和人民健康為宗旨的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)越來越受到重視，從各國對轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的政策與規(guī)劃可以發(fā)現(xiàn)歐美發(fā)達(dá)國家將長期支持轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展，我國已經(jīng)出臺相關(guān)政策，《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃的建議》輔導(dǎo)讀本中指出：“以轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)為核心，大力提升醫(yī)學(xué)科技水平，強化醫(yī)藥衛(wèi)生重點學(xué)科建設(shè)”[14]。作為轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)核心基礎(chǔ)的生物樣本庫以及作為轉(zhuǎn)化樞紐的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺的作用將越來越突出。鑒于醫(yī)院生物樣本庫和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實驗平臺建設(shè)雖然起步較晚，但規(guī)劃理念先進(jìn)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高。樣本庫已經(jīng)開始血液病和乳腺癌樣本的收集，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)平臺也開始承擔(dān)各類課題，依靠醫(yī)院血液病和腫瘤治療的學(xué)科優(yōu)勢，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)平臺一定能夠發(fā)揮重要作用，服務(wù)于人民健康和生命科學(xué)研究。

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Establishment of translational medicine experiment platform matching to the sample library

ZHANG Peng-fei, ZHANG Peng, ZHANG Luo, et al// China Medical Equipment, 2016,13(2):126-128.

Objective: To illustrate the sample library transformation experiment platform plays an important role in the basic laboratory and the clinic.Methods: Focus on the role of the sample library translational medicine experiment platform, and the establishment of our hospital’s translational medicine experiment platform to instruct.Results: The sample library transformation experiment platform is direct execution facility that they complete the conversion between basic laboratory and clinical.Conclusion: The sample library transformation experiment platform established a two-way conversion channel between basic laboratory and clinical.

Translational medicine; Sample library; Translational medicine experiment platform; Laboratory

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.040

marbleluo@126.com；zhanghong_307@126.com

1672-8270(2016)02-0126-03

R197.3

A

2015-05-18