专家访谈 | 生物样本库的发展及应用

国际生物及环境样本库协会（ISBER）年会，是国际生物样本库和生物样本管理领域的重要活动。“2019年ISBER国际生物样本库年会”于2019年5月7-10日在上海隆重召开。

转化医学网作为生物医药行业的资深媒体平台，也时刻关注生物样本库行业的发展，于5月8日来到大会现场，对前来参观展台的业内人士做了随机的简单访问。受访嘉宾均表示，目前随着生物样本存储技术不断发展，生物样本库在国内应用也越来越广泛，发展前景也相当不错。

下午，转化医学网随同ISBER主席David Lewandowski教授与国际低温生物学会主席高大勇教授，来到原能细胞，参加了“全自动生物样本库存储系统发布会”。

会后，我们针对生物样本库存储技术的发展及应用等问题，分别访问了国际低温生物学会主席高大勇教授，原能细胞科技集团有限公司副总裁、副总工程师王建信博士、原能细胞科技集团副总裁、技术总监何晓文博士。

以下是访谈内容：

高教授发表自动化储备发展趋势的演讲

目前，生物样本库的重要性日益突出，应用范围越来越广泛。

其一，生物样本库与精准医学及其产业链的发展密不可分。精准医疗需要做到对一种疾病不同状态和过程进行精确分类，实现对于疾病和特定患者个性化精准治疗的目的，提高疾病诊治与预防的效益。但是，如果说没有样本库，精准医疗就成了空谈。可以说生物样本库是精准医疗的基础，随着精准医学的出现，对样本库的需求也越来越高。

其二，生物样本库在药物研发行业的应用。以美国为例，一个新药研发周期可能需要十年，共计约投入十亿美元。在新药研发领域有一个很大的障碍，就是生物样本的来源需要等待和试验，既耗时耗力，又需要投入很多金钱。如果有了样本库的话，新药研发的效率就得到提高。

其三，今天我要谈的生物样本库，不同于之前生物样本随意的储存。生物样本库，在英文中又称Biobank，中文译为银行。既然称作银行，说明生物样本库包括了存储人的信息，且每一个样本可溯源。例如说，对于每一个样本肿瘤种类的定义，肿瘤是哪一期，分化的情况如何，是经过多少治疗后拿到的样本，都是一清二楚的。因此对于新药研发的进度准确高效，甚至于个性化来说，生物样本库是不可或缺的。

另外，如果有某个人的肿瘤样本，在体外就可以针对肿瘤样本加入不同的药物剂量，或者不同药物的组合，我们称之为鸡尾酒配方，例如将五种药物放在细胞培养皿中，若能将肿瘤细胞杀死，之后就可以用这个组合的药物去治疗。这就能将肿瘤细胞“变废为宝”。

您认为目前深低温存储技术有哪些优势？

对于存储细胞来讲，目前最理想、最经济的是液氮保藏法。该方法主要利用微生物在低于-130°C的低温下，新陈代谢趋于停止的原理，在液氮中（-196°C的超低温下）有效地进行菌种保藏。这种方法操作简便、高效。传统的-80低温冰箱，保存时长是几个月，-130°C能保存几年，-196°C则能保存几百年。因此可以理解为，把细胞放到液氮的温度一个小时后，和一百年后没有区别。但是在-80°C下细胞仍有缓慢的代谢，如果不供给养料，细胞就会发生凋亡。因此，对于细胞的保存一定要深低温。

对于生物样本库建立的标准化，您认为有哪些需要解决的问题？

目前生物样本库的建立，不仅只是中国，包括发达国家也都处于一种摸索状态。样本从采集开始，之后怎么加工，怎么追溯，如何保证质量，如何接收，如何冷冻，都需要一个标准。另外，样本放在液氮中需要监测，万一液氮没了怎么办。复温快慢的问题也很有讲究，复温后还要对细胞进行处理才能应用到人体治疗、筛选药物等。中间经过这一系列过程，最后才到应用，如果说没有规范的话，后果就不堪设想。

总而言之，要先将生物样本存储的操作程序进行优化，将优化的程序作为标准，就叫标准化。标准化的目的和药监局的目的一致，讲究安全性、有效性。

您认为自动化技术与生物样本存储结合的方式将会产生什么影响？

生物样本储存操作人为进行，不可避免的会产生误差。除了误差以外，还有一些人做不到的事，比如人不可能把手伸到液氮里去。其次，样本量是一个巨大数字，不是一两万，而是几百万份，自动化与计算机控制时不会有疲劳。另外如何把储存样本的小管精准地拿出来，也需要用到自动化。因此，自动化是精准医学所必须的。另一方面，从取样本到冷冻复温，这个过程如果没有自动化系统，就很难实现操作的标准化，规范化。总而言之，标准化一定要有，实现它就需要自动化。

您认为自动化低温冻存技术与传统生物样本存储模式相比，有哪些技术上的难点?

第一，要实现机器模拟人工操作，设计机器的人不仅要了解操作过程，也要懂得低温保存技术的原理。

第二，机器设计好以后，要将细胞储存的步骤有机地结合起来，中间不能有软肋，就是说不能有温度的随意变化。

第三，整个过程都在一个封闭的，对温度控制很好的情况下进行的，对细胞的降温速率有较高的要求，因此需要连接程序降温仪。另外，为了便于存储的记录，每个冻存管都要贴上二维码，保证不会出现差错。

第四，对于应急情况、如断电，有人引进病毒怎么办。储存的样本量越大，越精密。安全性也就随之而来。一旦以上的问题发生了如何解决，都是技术上存在的难点。

在采访完高教授以后，我们对生物样本储存库这一概念有了全新的认识和深刻的理解。由于高教授本次行程安排的比较紧密，在采访结束后，我们才得知高教授都没顾得上吃午饭，在此感谢高教授腾出宝贵的时间接受我们的采访，向高教授表示敬意！

王博士介绍自动化设备

王博士您好，您认为全新的 “无人值守全自动化生物样本库”理念指的是什么？

目前生物样本的保存，主要是为科研，或者医学研究做服务的。我们看到新兴的细胞治疗技术有很大的发展前景，因此也希望更多停留在实验室科研层面的技术，能够向产品化、产业化转变。

我们按照产业，以及规模化的临床应用的要求，打造了无人值守全自动化生物样本库系统，这其中不仅要求全流程的自动化，并且要求信息可全程追溯，尽可能减少每一个环节人为操作的影响。这样一方面保证了细胞存储的质量，另一方面也为了作业流程标准化的建立，同时也解放了专业技术人员原本繁琐的工作量。因为有些工作的技术要求较高，我们希望通过自动化、标准化的系统操作把它实现。在这方面我们很大的优势，因为我们拥有一个强大的生物医学团队作为技术支撑，我们有实验室反复研究优化后获得的最佳经验技术作为计划指引，就知道我们所研发的自动化设备，在实际使用中需要具备什么样的使用功能，能达到什么价值目标。

您能给我们介绍一下BSN系列自动化深低温生物样本存储系统的产品特点么？设计理念是什么?

王博士：第一个大的特点，实现了存取样本全过程的液氮深低温保护，可以确保全过程中样本所处的环境温度始终能保持在-150℃以下，这对样本安全性的保障是无与伦比的。放眼全球，对比市场同类产品，虽然大家都较好地解决了样本在液氮罐内静态存储阶段的温度保护问题，但是在样本提取、放置、转移、读码等操作过程中，往往就缺乏完整的、足够可靠的温度安全保护，样本存在不同程度的温度暴露风险，不同的产品样本暴露的时间也各不相同。就算温度的暴露时间仅仅只有几秒钟，但不可避免地存在对细胞活性、细胞功能产生影响的风险。

对此，我们的低温生物学团队做了大量的对比实验，对比传统样本存储和具有全冷链保护的自动化样本存储对不同细胞的影响，得到的科学数据揭示，两者的区别显著存在，同时也表明全冷链全自动化样本存储对细胞质量的保存是十分可靠的，这一研究结果即将发表在国际性论文期刊上。因此，全过程的样本深低温保护是我们系统的一大亮点。

第二个特点，我们较好地解决了自动化的系统如何在与深低温系统相结合的特殊情况下，长期可靠地运行这样一大行业技术难点。深低温条件下，通常环境中的湿度会迅速结霜结冻，不但过程不可逆转，而且还会日积月累地不断加重。同时，自动化设备的使用年限及样本存储的年限都相对较长，为了确保样本的安全，设备正常运行过程中永远无法使用传统冰箱系统的化霜功能。因此，假如每天都有一定量的湿气被结成霜冻，就算每天的量极其微小，十年、二十年以后累积下来就非常夸张，到时候不但自动化系统将无法工作，而且连保存的样本都有可能被冻结在设备内部无法正常取出。我们利用自主研发的核心技术，很好地解决了这个问题，实现了深低温系统中的全自动系统长期稳定可靠的运行保障。

第三个突破，就是实现了数据的全程记录和可追溯，这一点很重要。如果仅作为科研使用的话，样本存取时的过程数据没有闭环，甚至只是几个点的数据记录，这或许还不是一个研究者最为关注的。但是细胞存储要如果要应用于临床，甚至实现产业化，不仅必须保证每一个样本在任何时候都是安全的，而且需要把每一个样本的操作过程数据完整记录下来，并在需要的时候，可以向需方提供完整的信息。目前，我们的系统已能够记录完整的信息，包括对每一个细胞样本所有的操作、样本温度、样本的位置、设备的运行参数等。

相信我们的工作对于生物样本库，特别是细胞库的标准化的建设,将起到积极的推动作用。实际上，样本存储的标准化一直在路上，我们在细胞存储的质量控制方面，过程的全自动化、信息化方面积累了一些独特的经验，我们非常愿意与相关政府主管部门、行业协会和同行企业一起齐心合作，参与到着眼于未来产业发展的相关的行业和国家标准的建设过程中去。

何博士介绍自动化冻存对细胞质量的影响

何博士您好，原能细胞作为国内自动化生物样本存储领域的先行者，您能否给我们分享一下原能在此方面积累了哪些经验？

首先，生物样本库离不开冻存技术。冻存效果一方面取决于冻存技术，另一方面是要满足用户的需求。冻存技术在医学上叫冷冻生物学，是一门独立的学科。我们团队在冻存技术上进行深入的研究学习。

其次，我们在个体化冻存方面做了很多工作，任何细胞的冻存方案都是独特的，不能千篇一律。因此，我们设计的各个细胞的降温曲线不同的。

第三，在冻存液上的做了改进。相对于传统的DMSO，我们的冻存夜将其对细胞毒性降到最低。

第四，在原能的自动化冻存装备方面，我们将收集到的数据固化到设备上。举个例子，做NK细胞，就只需要按绿色按钮，做CAR-T细胞就只需按红色按钮，操作起来就这么简单。

总结起来，就是冷冻生物学技术和冷冻生物样本库的装备，双剑合璧。事实上获得的数据也证明，我们冻存的细胞的活率和功能在行业内处于领先水平。

您认为如今中国生物样本库行业发展现状如何？未来会怎么发展？

生物样本库虽然很早就已经出现，但是我们国家真正的发展，还是在美国奥巴马时代提出精准医疗的概念之后。临床医生首先发现同样的药对不同的病人产生的效果不同，进而发现是由于病人的基因型不同引起的。精准医疗就是根据疾病或个体进行用药。要做到精准医疗，就需要利用病人的血液，手术过程中用到的样本，以及代谢产物去分析，也就需要生物样本库的发展。目前总体来说，国内生物样本库的发展相对西方国家落后一些。

目前的生物样本库由于没有做到资源共享，而造成很大程度上的资源浪费。未来样本库的发展方向，是能够做到资源共享、信息数据整合，甚至数据的挖掘，让数据去学习数据。总结起来，就是信息共享化，自动化（可溯源），智能化，全程冷链等。其实，生物样本库的发展做到了这些，最终受益的还是病人。

编者语

通过对三位生物样本库行业的专家进行访问，我们对于生物样本库行业的发展及应用有了更加清晰地认识，并且也更加认同自动化技术发展在深低温细胞存储中的重要性。

另外，原能细胞对外开放“全球首个无人值守千万份级全自动生物样本库”，吸引了众多的嘉宾前来参观。转化医学网作为嘉宾之一，参观后切身的感受到，原能细胞在建设张江细胞产业园区过程中，发挥着不可替代的作用。同时，原能细胞打造了全球领先的生物样本自动化存储设备，为中国生物样本行业的贡献了积极力量。生物样本库存储技术向着标准化、产业化、智能化不断发展，给精准医疗、药物研发等生物医疗领域提供了强有力的“抓手”。我们的共同期许是通过技术的不断发展，让更多群体从中受益。（转化医学网360zhyx.com）

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专家介绍

高大勇教授

国际低温生物学会主席、现任美国华盛顿大学（西雅图）机械工程系和生物工程系（兼）终身教授，中国科学技术大学 大师讲席(II) 教授。高大勇获中国科技大学学士学位(1982)，加拿大Concordia University工程博士学位(1991)。

主攻生命活体材料的低温损伤和保存机理、尖端技术，以及在科研、细胞和器官移植、基因治疗和生物制药等方面的应用。他在低温生物工程领域的主要学术成绩和创新点为发明并研制成功国际领先的生物材料低温冷冻保存技术及成套设备。

专家介绍

王建信博士

现任原能细胞科技集团有限公司副总裁、副总工程师，主要负责细胞科技产业化发展所需的相关技术、装备及产品的研究和开发工作。目前研究的重点是可满足产业化需求的全自动细胞深低温存储设备，以及细胞分离、降温、复苏等相关设备。主持开发的项目先后获得国家重点新产品认定1项，国家级技术创新项目1项，上海市重点新产品2项，上海市高新技术成果转化项目1项，上海市技术创新基金项目1项，累计申报国家专利50余项，发表学术论文十余篇。

专家介绍

何晓文博士

何晓文，第二军医大学分子生物和遗传学博士，美国University of Dentistry and Medicine of New Jersey博士后，研究教授。在生物免疫、疫苗、细胞治疗等领域的科研成果转化上有超过20年经验，拥有发明专利15项，发表SCI论文30余篇。现任原能细胞科技集团副总裁兼技术总监。