技术创新让样本管理更智能

在近日举行的“第八届中国(上海)国际技术进出口交易会”上，上海原能细胞生物低温设备有限公司(以下简称原能生物)展示了最新一代全自动深低温生物样本存储设备，及其与5G-loT、数字孪生等技术的创新融合成果。未来只需一部手机，客户即能实时查看生物样本存储信息。这种生物样本存储的服务新模式，将真正实现生物样本库的智能、安全、高效运营，让生物样本更安全。

生物样本资源被视为生物医药产业的发展基石，也是国家生物安全战略的重要组成部分。随着《中华人民共和国生物安全法》的正式施行，生物样本资源的重要性愈发凸显。如何安全、长期、有效地保存这些珍贵的生物资源，也成了亟待解决的重要问题。

生物样本资源涵盖范围广

“生物样本涵盖的范围比较广，比如植物组织的花、叶、茎、根和种子，健康和患有疾病的人或动物的细胞、组织和器官，也包括DNA、RNA、蛋白等生物大分子物质以及各种微生物。”南开大学药物化学生物学国家重点实验室研究员帅领介绍，生物样本被保存在生物样本库即“生物银行”中，可以用于疾病的临床治疗、生命科学的研究以及物种资源的保存等。

生物样本库是融合生物样本实体、生物分子信息以及样本表型数据的综合资源，对于开展人类疾病的预测、诊断以及治疗研究具有不可替代的重要作用。

医生们将患者临床诊疗过程中所产生的组织、血液、尿液等，如手术切除的肿瘤组织，或者患者的血液样本等生物样本保留下来，通过观察和各种检测手段，从样本中找到共性，从而摸索出疾病的产生原因以及发展过程，最终寻找到可靠的治疗方法。

“这种生物样本库为血液病、免疫系统疾病、糖尿病、恶性肿瘤等重大疾病的研究起到了非常重要的推动作用。”帅领说。

除了临床研究外，生物样本库还会直接用于临床治疗中。比如我们熟悉的脐血干细胞库，将胎儿的脐带血保留下来，以备患血液疾病的时候，将脐血中的干细胞复苏并回输给患者，从而达到治疗疾病的目的。

此外，在物种资源保护方面，生物样本存储的意义也同样重大。以种质库为例，目前，我国高等植物中濒危和受威胁的种类已高达4000至5000种，约占总种数的15%—20%。通过种质库，部分物种的安全得到保障，也使我国野生生物种质资源快速高效研究利用成为可能。种质库在作物改良和创新、新作物筛选、生态恢复和野外回归方面都发挥了巨大作用。

技术创新让样本管理更智能

生物样本资源的迫切需求与日俱增，对生物样本存储的数量和质量也提出了更高的要求。特别是在医学研究发展到组学、系统分子医学层面的今天，生物样本量已累积到天文数字，以往粗放式的生物样本库，已经不能满足日益增长的需要。

“在很多医院、研究机构，还使用很‘原始’的生物样本保存技术。”原能细胞科技集团副总裁兼市场总监韦嘉介绍，传统的生物样本存储模式，不但存储设备的自动化、智能化程度不高，且操作标准不一，存在样本保存不当、丢失出错、无法信息化管理、人工低效等问题。

之前市面上仅有的生物样本自动化存储设备被国外品牌垄断，一套设备动辄百万欧元，价格昂贵。“为此我们100多人的技术研发团队决定自己动手，攻关研制拥有自主知识产权的国产设备。”韦嘉说。

原能生物以保障“生物样本安全”为出发点，创新性提出“全流程深低温冷链保护”“蜂巢式独立单元存储”“单支存取”“5G-loT远程智慧样本库管理”“无人值守样本库”等先进理念，打造新一代生物样本库需求的自动化产品，让生物样本更安全。

其中，旗舰产品BSN系列全自动深低温生物样本存储设备，采用独创专利的蜂巢式存储结构，可为样本提供-196℃气相液氮的无氧存储环境，能够有效保障样本的安全和质量。

“这款设备的核心存储区，由特制工程材质打造，因此可以防辐射、避光。”韦嘉介绍，蜂巢式独立单元的设计，在避免干扰的同时，可在存储样本时形成烟囱效应，冷气流方向从下往上，保持内部气流稳定，杜绝湿气进入，因此可避免结霜，实现无氧储存，且蓄冷均衡。

“新一代生物样本库还采用领先的自动化、智能化存储设备，实现对样本的全流程深低温保护、无氧存储、存取各环节数据记录完整可追溯等。”韦嘉介绍，该生物样本库融入5G-loT技术，链接库内各类设备，实现数据互通，保障样本库数据安全、人员安全，让样本管理更智能。

“比如我们应用了人工智能数字孪生技术，通过把机器数据放入数据模型进行模拟计算，可以进行预测性维护，以确保机器长时间保持良好的运行状态。”韦嘉介绍。

目前，原能生物已累计申请国内外专利近300余项，软件著作权近30项，技术领先世界。相关设备已出口到美国、日本，实现了国际赛道的“弯道超车”，真正做到了自动化低温存储装备领域的自主可控。

样本数据可直接对接科研机构

“随着精准医学与遗传学研究的快速发展，生物样本库成为鉴定多种疾病及发病机制的重要基础。”帅领介绍，生物样本库的信息量非常巨大，它不仅包含样本的收集，也包含样本相关生物体或人体数据的采集和随访。因此在精准医疗方面的研究，生物样本库能发挥重大作用。

生物样本库在代谢组学中也应用广泛。最常见的人体代谢物是尿液，尿液相对于血液样本收集更加方便易行。2013年的流行病学调查显示，我国成人糖尿病患病率为10.9%，糖尿病前期患病率为35.7%，据此推算，目前我国糖尿病患者已达14831万。利用我国丰富的糖尿病样本资源，结合定量蛋白质组技术以及对尿液的代谢组学进行分析检测，有助于糖尿病早期发病的预测和临床诊断，可提高我国代谢性疾病的临床诊治水平。

此外，生物样本库在药物研发行业也被广泛应用。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检验，既耗时耗力，又需要投入很多金钱。有了包含各种信息的生物样本库，新药研发的效率就会得到明显提高。

“可以说，具有完整临床信息的高质量生物样本库是21世纪进入个体化医疗时代的关键，是进行生命科学系统研究的基础。”帅领表示，利用生物样本库平台可以有效提高临床研究的准确性，也可以将我国丰富的临床患者样本资源利用起来，通过临床研究转化为临床医疗手段，造福人类。