在近日舉行的“第八屆中國(上海)國際技術進出口交易會”上，上海原能細胞生物低溫設備有限公司(以下簡稱原能生物)展示了最新一代全自動深低溫生物樣本存儲設備，及其與5G-loT、數(shù)字孿生等技術的創(chuàng)新融合成果。未來只需一部手機，客戶即能實時查看生物樣本存儲信息。這種生物樣本存儲的服務新模式，將真正實現(xiàn)生物樣本庫的智能、安全、高效運營，讓生物樣本更安全。
生物樣本資源被視為生物醫(yī)藥產業(yè)的發(fā)展基石，也是國家生物安全戰(zhàn)略的重要組成部分。隨著《中華人民共和國生物安全法》的正式施行，生物樣本資源的重要性愈發(fā)凸顯。如何安全、長期、有效地保存這些珍貴的生物資源，也成了亟待解決的重要問題。
生物樣本資源涵蓋范圍廣
“生物樣本涵蓋的范圍比較廣，比如植物組織的花、葉、莖、根和種子，健康和患有疾病的人或動物的細胞、組織和器官，也包括DNA、RNA、蛋白等生物大分子物質以及各種微生物。”南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室研究員帥領介紹，生物樣本被保存在生物樣本庫即“生物銀行”中，可以用于疾病的臨床治療、生命科學的研究以及物種資源的保存等。
生物樣本庫是融合生物樣本實體、生物分子信息以及樣本表型數(shù)據(jù)的綜合資源，對于開展人類疾病的預測、診斷以及治療研究具有不可替代的重要作用。
醫(yī)生們將患者臨床診療過程中所產生的組織、血液、尿液等，如手術切除的腫瘤組織，或者患者的血液樣本等生物樣本保留下來，通過觀察和各種檢測手段，從樣本中找到共性，從而摸索出疾病的產生原因以及發(fā)展過程，最終尋找到可靠的治療方法。
“這種生物樣本庫為血液病、免疫系統(tǒng)疾病、糖尿病、惡性腫瘤等重大疾病的研究起到了非常重要的推動作用。”帥領說。
除了臨床研究外，生物樣本庫還會直接用于臨床治療中。比如我們熟悉的臍血干細胞庫，將胎兒的臍帶血保留下來，以備患血液疾病的時候，將臍血中的干細胞復蘇并回輸給患者，從而達到治療疾病的目的。
此外，在物種資源保護方面，生物樣本存儲的意義也同樣重大。以種質庫為例，目前，我國高等植物中瀕危和受威脅的種類已高達4000至5000種，約占總種數(shù)的15%—20%。通過種質庫，部分物種的安全得到保障，也使我國野生生物種質資源快速高效研究利用成為可能。種質庫在作物改良和創(chuàng)新、新作物篩選、生態(tài)恢復和野外回歸方面都發(fā)揮了巨大作用。
技術創(chuàng)新讓樣本管理更智能
生物樣本資源的迫切需求與日俱增，對生物樣本存儲的數(shù)量和質量也提出了更高的要求。特別是在醫(yī)學研究發(fā)展到組學、系統(tǒng)分子醫(yī)學層面的今天，生物樣本量已累積到天文數(shù)字，以往粗放式的生物樣本庫，已經不能滿足日益增長的需要。
“在很多醫(yī)院、研究機構，還使用很‘原始’的生物樣本保存技術。”原能細胞科技集團副總裁兼市場總監(jiān)韋嘉介紹，傳統(tǒng)的生物樣本存儲模式，不但存儲設備的自動化、智能化程度不高，且操作標準不一，存在樣本保存不當、丟失出錯、無法信息化管理、人工低效等問題。
之前市面上僅有的生物樣本自動化存儲設備被國外品牌壟斷，一套設備動輒百萬歐元，價格昂貴。“為此我們100多人的技術研發(fā)團隊決定自己動手，攻關研制擁有自主知識產權的國產設備。”韋嘉說。
原能生物以保障“生物樣本安全”為出發(fā)點，創(chuàng)新性提出“全流程深低溫冷鏈保護”“蜂巢式獨立單元存儲”“單支存取”“5G-loT遠程智慧樣本庫管理”“無人值守樣本庫”等先進理念，打造新一代生物樣本庫需求的自動化產品，讓生物樣本更安全。
其中，旗艦產品BSN系列全自動深低溫生物樣本存儲設備，采用獨創(chuàng)專利的蜂巢式存儲結構，可為樣本提供-196℃氣相液氮的無氧存儲環(huán)境，能夠有效保障樣本的安全和質量。
“這款設備的核心存儲區(qū)，由特制工程材質打造，因此可以防輻射、避光。”韋嘉介紹，蜂巢式獨立單元的設計，在避免干擾的同時，可在存儲樣本時形成煙囪效應，冷氣流方向從下往上，保持內部氣流穩(wěn)定，杜絕濕氣進入，因此可避免結霜，實現(xiàn)無氧儲存，且蓄冷均衡。
“新一代生物樣本庫還采用領先的自動化、智能化存儲設備，實現(xiàn)對樣本的全流程深低溫保護、無氧存儲、存取各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)記錄完整可追溯等。”韋嘉介紹，該生物樣本庫融入5G-loT技術，鏈接庫內各類設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，保障樣本庫數(shù)據(jù)安全、人員安全，讓樣本管理更智能。
“比如我們應用了人工智能數(shù)字孿生技術，通過把機器數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)模型進行模擬計算，可以進行預測性維護，以確保機器長時間保持良好的運行狀態(tài)。”韋嘉介紹。
目前，原能生物已累計申請國內外專利近300余項，軟件著作權近30項，技術領先世界。相關設備已出口到美國、日本，實現(xiàn)了國際賽道的“彎道超車”，真正做到了自動化低溫存儲裝備領域的自主可控。
樣本數(shù)據(jù)可直接對接科研機構
“隨著精準醫(yī)學與遺傳學研究的快速發(fā)展，生物樣本庫成為鑒定多種疾病及發(fā)病機制的重要基礎。”帥領介紹，生物樣本庫的信息量非常巨大，它不僅包含樣本的收集，也包含樣本相關生物體或人體數(shù)據(jù)的采集和隨訪。因此在精準醫(yī)療方面的研究，生物樣本庫能發(fā)揮重大作用。
生物樣本庫在代謝組學中也應用廣泛。最常見的人體代謝物是尿液，尿液相對于血液樣本收集更加方便易行。2013年的流行病學調查顯示，我國成人糖尿病患病率為10.9%，糖尿病前期患病率為35.7%，據(jù)此推算，目前我國糖尿病患者已達14831萬。利用我國豐富的糖尿病樣本資源，結合定量蛋白質組技術以及對尿液的代謝組學進行分析檢測，有助于糖尿病早期發(fā)病的預測和臨床診斷，可提高我國代謝性疾病的臨床診治水平。
此外，生物樣本庫在藥物研發(fā)行業(yè)也被廣泛應用。新藥研發(fā)領域有一個很大的障礙，就是生物樣本的來源需要檢驗，既耗時耗力，又需要投入很多金錢。有了包含各種信息的生物樣本庫，新藥研發(fā)的效率就會得到明顯提高。
“可以說，具有完整臨床信息的高質量生物樣本庫是21世紀進入個體化醫(yī)療時代的關鍵，是進行生命科學系統(tǒng)研究的基礎。”帥領表示，利用生物樣本庫平臺可以有效提高臨床研究的準確性，也可以將我國豐富的臨床患者樣本資源利用起來，通過臨床研究轉化為臨床醫(yī)療手段，造福人類。
