Influence of a decentralized biobanking concept on the quality of stored biomaterial samples

Networked biomedical research projects require a high degree of interoperability between universities, other academic organizations and non-academic institutions. The cooperation becomes even more complex in a decentralized infrastructure as pursued within the German Centres for Health Research (DZGs) or in collaborations between DZGs.Biomaterial samples are ideally collected centrally using harmonized infrastructure and processes. A number of national epidemiological studies exist (e.g. KORA, SHIP, PopGen, National Cohort) build on a comprehensive, quality-assured sample pool and data on phenotypes. However, the phenotypic data of these cohorts are often insufficient for specific questions e. g. in pneumology. Such cohorts often have a small spectrum of specific sample types e.g. lavage fluid or others. Moreover, sample requests can often be expected with a perennial flow.The proposed research project of BMB North in Borstel, the HUB in Hannover, PopGen in Kiel, the ICB-L in Lübeck, the IRB in Greifswald and the IBBJ in Jena is rooted in a cooperative grounding project of the Research Centre Borstel in pneumology. The initial motivation was the generation of reference values of healthy individuals. Within the project presented here, recruiting of voluntary healthy subjects (n = 250) at five differently structured sites is planned, using different recruitment strategies. Specimen collection, -processing, management, storage and transport will be adapted to decentralize the infrastructure of differently equipped biobanks. Objectives of the research project are (I) the provision of high quality biomaterials facilitating inter-site comparability, (II) the central analysis of samples obtained decentrally through a separate analysis method at each of the sites. This results in the determination of reference values for scientific purposes, (III), the identification of critical factors for decentralized recruitment, extraction and processing of samples, followed by the development of recommendations, guidelines and standards, which will be published according to internationally standards.The project reflects current challenges of biobanks in research networks that are repeatedly discussed within the TMF working groups. This expertise in the TMF working groups will be sought in order to optimize the proposed projects and its outcome. The high degree of interconnectivity of the project allows the participation and cooperation of all partners in the TMF working groups and DZGs that have a focus on pulmonary research. Project participants are members of biobanks and are cooperating within frameworks of the DZL, the DZIF, the DZHK of P2N and Norddeutsche Biobanken Allianz for many years.

Vernetzte medizinische Forschungsvorhaben zwischen außer- und universitären oder auch nicht akademischen Einrichtungen erfordern ein hohes Maß an Interoperabilität. Die Komplexität der Zusammenarbeit erhöht sich durch dezentrale Konzepte, wie bei einzelnen Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung (DZG) oder Kooperationen zwischen den DZGs. Idealerweise werden Bioproben (BP) auch in Forschungsnetzwerken unter Verwendung harmonisierter Infrastrukturen zentral rekrutiert und verarbeitet. Überregionale epidemiologische Studien verfügen zwar über einen umfangreichen, qualitätsgesicherten Probenpool mit Phänotypisierungsdaten, aber mitunter reicht die Detailtiefe reicht nicht für spezifische Fragestellungen aus und meist stehen wenig spezifische Probenarten zur Verfügung. Darüber hinaus muss oft mit einem mehrjährigen Vorlauf für Probenanfragen gerechnet werden. Durch die aktive Zusammenarbeit der Kooperationspartner in den TMF-Arbeitsgruppen und DZGs zeigt das Projekt einen hohen Vernetzungsgrad. Alle Projektbeteiligten sind Mitglieder der genannten Biobanken und arbeiten seit vielen Jahren im Rahmen des Deutschen Zentrums für Lungenforschung (DZL), des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung (DZIF), des Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK), des PopGen 2.0-Netzwerks (P2N) und der Norddeutschen Biobanken Allianz zusammen. Das Forschungsprojekt ‘Untersuchungen zum Einfluss dezentraler Strukturen im Bereich von Biomaterialbanken auf die Qualität von Biomaterialproben‘ der BMB Nord in Borstel, der HUB in Hannover, PopGen in Kiel, dem ICB-L in Lübeck, der IRB in Greifswald, der IBBJ in Jena und des BIPS in Bremen baut auf einem kooperativen Basisprojekt des Forschungszentrums Borstel im Bereich Lungenheilkunde auf. Die Motivation für das Basisprojekt war die Generierung von Messwerten gesunder Personen. Im Rahmen des DFG-Projektes war eine gemeinsame dezentrale Rekrutierung freiwilliger gesunder Probanden an 5 Standorten mit unterschiedlicher Struktur und Rekrutierungsstrategie vorgesehen. Probengewinnung, -prozessierung, -verwaltung, -lagerung und -transport erfolgten dezentral in infrastrukturell unterschiedlich ausgestatteten Biomaterialbanken (BMB). Ziele des Forschungsprojektes waren (I) die Bereitstellung qualitativ hochwertiger und möglichst vergleichbarer BP, (II) die zentrale Analyse dezentral gewonnener BP mittels verschiedener Analysesysteme jeweils an einem der genannten Standorte, die Ermittlung von Messwerten gesunder Personen für wissenschaftliche Fragestellungen, (III) die Identifizierung kritischer Faktoren bei dezentraler Rekrutierung, Gewinnung und Verarbeitung von Bioproben (BP) und die Erarbeitung generischer Empfehlungen, Richtlinien und Standards sowie die Bereitstellung der Ergebnisse in international verwendbaren Formaten. Rekrutiert wurden > 20.000 verschiedene Aliquote aus Blut, Abstrichen, Speichel und Urinproben von 239 Personen. Insgesamt liegen > 120.000 Datenpunkte aus Datensätzen zur Anamnese (n=122/Proband) und zur Phänotypisierung (n=168/Proband) sowie präanalytische Datensätze zur Probenprozessierung (n=497), zu Serum- (n=24/Proband) und Blutbildanalyten (n=5/Proband), zum Zytokin- (n=12/Proband), Aminosäure- (n=32/Proband) und Lipidprofil (n=186/Proband) im Serum bzw. Plasma vor. Die Bioressource steht zukünftigen Forschungsprojekten auf Antrag zur Verfügung. Der direkte Vergleich von Analytkonzentrationen von postalisch versandten Proben und von -80°C eingefrorenen Aliquoten bietet eine ausgezeichnete Möglichkeit, den Einfluss von präanalytischen Faktoren, wie zum Beispiel das Probenalter auf einzelnen Messgrößen zu identifizieren. Die zentralen Zytokinmessung zeigten zum Großteil keine signifikanten Unterschiede zwischen den Standorten. Lediglich Il1B unterschied sich zwischen 2 Standorten, was in unterschiedlichen Rekrutierungsstrategien begründet sein könnte. Es konnten deutliche Unterschiede für einzelne Aminosäuren zwischen den Standorten gezeigt werden. Diese sind vermutlich auf die heterogenen TTC- und TTF-Zeiten zurückzuführen; waren jedoch unterhalb der definierten Cutoff-Werte für Proben mit zu langer Verzögerungszeit bis zur Zentrifugation. Aus diesem Grund kann man von einer hohen Qualität der BP ausgehen. Die vorläufige Auswertung der Lipidomics-Analysen weist auf die zu erwartende Lipidomzusammensetzung hin und zeigte keine nennenswerten Unterschiede, die mit der Präanalytik an den Standorten zusammenhängen könnte.