重磅专辑！陈竺院士作序，多位院士及权威专家“共话”生物样本资源

文摘 2024-07-05 12:51 重庆

生物样本资源专辑

生物样本库是一种集中保存各种人类生物材料，用于疾病的临床治疗和生命科学研究的生物应用系统。生物样本资源广泛应用于系统生物医学、疾病基础临床、药物基因组学与药物靶点开发等研究，是现代医学科学研究的坚实基础，精准医学和医疗大数据发展的根基，转化医学研究的支撑和源泉，被列为国家重大战略资源，是涉及国家安全的重大基础工程。

《中国科学：生命科学（中文）》2024年第6期出版“生物样本资源”专辑，以评述文章集合的形式，展示该领域的发展现状及未来方向。专辑邀请到了领域权威机构专家团队供稿，既包括行业标准与发展、战略与应用等总览性文章，同时也包括伦理探究、实体生物样本资源（基于人群的生物样本库、基于疾病的生物样本库等）、数据生物资源等细分领域的文章，以期为华语科学界提供领域内较为全面的科学研究动态，发挥借鉴和引导作用。

专辑篇目

陈竺院士

上海交通大学医学院附属瑞金医院, 上海

“生物样本资源”专辑序言

21世纪是生命科学和医学的世纪。人类生物样本库既是医学基础和临床研究与生物医药转化产业化的重要基石，也是维护国家生物安全的战略性资源。生物样本库的高水平设计、标准化建设和合理化使用是其高质量发展的关键要素。同时，包括人工智能在内的现代信息技术也将给人类生物样本库赋能，为生物样本库及数据产品等新质生产力的健康可持续发展发挥至关重要的作用。我国人口基数宏大，有众多民族和相对遗传隔离群，同时疾病种类繁多复杂，既由于发展不均衡导致兼有发达国家和发展中国家的疾病谱，又存在具有我国人群特点的若干病种，生物样本及数据资源极其丰富。因此，加强人类生物样本库建设，发挥好我国特殊的人类遗传资源优势，结合当前国内外方兴未艾的转化医学、精准医学发展趋势，有利于推动我国医学科学创新研究、生物医药创新发展国家战略的实施，我国医学界应抓住这个难得的历史发展机遇。

纵观国内外趋势，利用高质量生物样本库进行自然人群或疾病人群的大规模队列研究，促进多学科交叉融合，已成为群体医学发展的重要方向，涉及流行病学的人群队列设计和表型组-基因组相关性分析、计算机科学的人群队列现场实施全流程覆盖、环境科学的人群队列环境暴露评估、医学信息学的大样本人群队列长期随访与多学科协同的大样本人群队列数据共享平台等方面，将为疾病风险因素识别、发病原理阐释，主动健康促进、有效预测预防，早期筛查诊断、积极干预控制，精准治疗管理、合适康复转归等作出重要贡献。值得指出，大规模生物样本数据库建设还涉及个人隐私保护、知情同意原则实施、相关法律法规建立和政策体系完善等条件的支撑，是医学与社会科学和人文科学相结合的重要领域。

发达国家投资大型前瞻性队列研究，美国有“All of Us”研究计划，英国有UK Biobank等。其中，UK Biobank构成了全世界最成功的50万志愿者参加的自然人群队列数据集，其最大优势就是可以通过云平台，供全球研究人员申请和访问，开发使用所有个体包括从生命组学到健康性状在内的脱敏数据，探索人群遗传变异和不同生活方式、环境暴露、健康状况等因素之间的关系，促进人类疾病病因的理解，识别疾病的生物标志和潜在的药物靶标，成为供全球生命科学和医学研究者数据共享的典型范例。国外的宝贵经验值得我国相关领域政府及科技部门工作者高度重视与借鉴。同时也要看到，建立起中国各地区、多民族大型自然人群和疾病人群队列生物样本数据库，构造符合生物安全和伦理规范的数据共享机制，对于理解具有我国人群特点的疾病谱系之成因，适应工业化、城市化、人口老龄化和少子化带来的一系列新挑战、新问题，尤其是应对慢性非传染性疾病发病率快速增长和新发传染病的重大健康威胁，构建成本效益的健康促进和疾病防控诊治康复体系，势在必行。

目前，各类生物样本库和数据库在全国多地开花，既取得了积极成果，也存在着诸多问题。本刊汇集了国内该领域权威机构与专家，就建立多种类型的生物样本库、样本资源的高质量可持续利用，样本和数据产品的质控与共享、大规模队列研究促进转化医学与精准医学发展等领域的前沿问题，进行理论思考、学术争鸣、相互切磋，就规范标准制定和体制机制建设等深入探讨、各抒己见，非常及时且必要。我相信，在国家的支持下，我国医学界不忘初心，精诚合作，定能就进一步促进和规范我国人类生物样本库和共享数据库的建设达成共识，不断提升我国医学科学的研究能力和服务水平，为构建人类卫生健康共同体，惠及中华民族和全人类健康福祉作出更大贡献！

进展

中国生物样本库迈进NSBAAA的崭新时代

评述

人类生物样本库面临的伦理挑战及应对

中国不同民族永生细胞库的建立和应用

表型组学时代下的人类遗传资源利用与管理的发展趋势

中国出生队列生物样本资源建设进展

大型队列研究数据资源的信息化建设

类器官及相关生物样本库研究进展

罕见病临床样本库的建立与应用

精准医学时代的华西生物样本库建设现状及未来展望

血细胞活库支撑血细胞图谱计划和生态研究

干细胞资源库的标准化建设: 挑战和机遇

加强和推进传染性疾病样本资源库建设

国家基因组科学数据中心: 现状及展望

蛋白质组科学数据库建设及应用

细胞低温保存原理与进展

郜恒骏 教授

中国生物样本库迈进NSBAAA的崭新时代

郜恒骏, 杜莉利

生物芯片上海国家工程研究中心, 上海

高标准的生物样本（Biospecimen），是基础与临床研究的重要基石，是实施大样本验证的关键源头，也是实现快速转化与精准医疗的核心环节。生物样本库（Biobank）的标准化建设与充分应用对研究型医院、国家精准医疗战略及创新型国家建设至关重要，已被列为国家重大战略资源并涉及国家安全的重大基础工程。时代周刊将其列为“改变世界十大规划”之一。然而，中国的生物样本库建设起步较晚，长期以来，因缺乏标准、质控、安全保障与信息化等，严重阻碍生命科学与生物医药原创性研发。近十五年，在政府和政策的大力支持下，在中国生物样本库人（China’s Biobankers）的共同努力下，我国的样本库建设事业发展迅猛，正大踏步迈进政府行政许可、中国合格评定国家认可委员会（China National Accreditation Service for Conformity Assessment，CNAS）体系认可的国家标准化生物样本库（National Standardized Biobank with Administrative Approval and Accreditation，NSBAAA）崭新时代。

王国豫 教授

杨亚军 教授

人类生物样本库面临的伦理挑战及应对

杨亚军¹, 石宇辉¹, 王国豫²

1. 复旦大学生命科学学院, 上海;

2. 复旦大学哲学学院, 上海

人类生物样本是事关公众健康和生物安全的战略性、公益性、基础性资源，对开展生命医学研究以及新药研发、科技创新都具有极其重要的价值，但管理不善也可能带来一系列伦理问题。本文综述了目前国内外生物样本库发展相关的伦理讨论和研究进展，总结了国内外伦理治理中的探索与进步。基于多年来对生物样本库的调研，文章聚焦于知情同意、隐私保护、共享利用、商业化应用、弱势群体保护这五大问题并作出分析，强调了培养公众信任和加强伦理治理对于生物样本库的伦理管理的重要性。指出应该大力推动生物样本库服务于医疗、科研和社会的健康发展，提升中国在国际生物样本库伦理治理方面的影响力。

褚嘉祐 教授

中国不同民族永生细胞库的建立和应用

杨昭庆, 黄小琴, 孙浩, 边成, 林克勤, 褚嘉祐

中国医学科学院&北京协和医学院医学生物学研究所, 昆明

人类遗传资源具有重要的生命科学和医学研究及应用价值，国际不同民族群体遗传多样性研究具有重要意义，中国不同民族在民族渊源、语言、地理环境、生活习俗乃至生理表型和疾病易感性等方面存在差异，为医学与健康研究提供了丰富的遗传资源材料。EB病毒(Epstein-Barr Virus，EBV)转化的永生化B淋巴细胞为是保存人类遗传资源的一种主要方式“中国不同民族永生细胞库”历时二十多年，已经建成包括49个法定民族，90多个群体，6126人份的永生细胞株的样本库。作为重要的国家战略资源，中国不同民族永生细胞库及其来源的核酸为中国人群遗传结构特征、基因变异、表达和功能等研究和应用提供了研究材料，展现了在药物发现、疫苗、抗体和干细胞等领域的应用潜力，显著促进了中国在人类遗传资源的国际交流与合作，并伴随着高通量测序和基因编辑等先进技术的发展，将为人类生命科学研究和临床转化应用提供更具广阔前景的工具和资源。

金力院士

陈兴栋 教授

表型组学时代下的人类遗传资源利用与管理的发展趋势

陈兴栋^1,2, 刘振球^1,2, 金力^1,2

1. 复旦大学人类表型组研究院, 上海;

2. 复旦大学泰州健康科学研究院, 泰州

人类遗传资源是指可单独或联合用于识别人体特征的遗传材料或信息，包括所有来自于人体的样本以及基于样本产生的数据及相关信息，是开展生物医药研究和创新的重要物质和信息基础，是揭示人群健康和疾病规律的基础资料，是推动疾病防控策略开发的重要保障，已成为公众健康和生命安全的战略性、公益性、基础性资源。随着表型组时代的到来，如何合理合法地进行人类遗传资源获取、管理、开发以及分享将成为科研工作中十分重要的内容。本文将从人类遗传资源管理现状、发展动态，及其与表型组学的联系等几方面进行综述。

沈洪兵 院士

胡志斌 教授

中国出生队列生物样本资源建设进展

杜江波^1,2, 周昆¹, 林苑^1,2,3, 蒋杨倩^1,2,3, 柯康^1,2, 马红霞^1,2, 夏彦恺^2,4, 胡志斌^{^1,2},

沈洪兵^1,2

1. 南京医科大学生殖医学与子代健康全国重点实验室, 南京;

2. 南京医科大学公共卫生学院, 全球健康研究中心, 流行病学系, 南京;

3. 南京医科大学公共卫生学院儿少卫生与妇幼保健学系, 南京;

4. 南京医科大学公共卫生学院毒理学系, 南京

我国近年来人口自然增长率持续下降，不孕不育发生率居高不下，辅助生殖治疗对子代人口健康的影响尚不完全清楚。因此，生殖和妇幼健康相关研究的重要性日益凸显。出生队列研究是专门用于研究生命早期暴露对孕期和子代近、远期健康影响的经典人群研究设计，已经被用于研究生命早期遗传、环境、社会心理、营养等因素对妊娠结局和子代结局的影响。作为一个复杂的研究资源平台，多个国家已经在该领域取得了显著的成效。我国也积极尝试出生队列建设，取得了一些成功经验，积累了大量的生物样本资源，这些生物样本资源对于将来探索生殖和妇幼健康相关重大科学问题奠定了坚实基础。本文全面介绍了国内外出生队列及其生物样本资源建设进展和面临的挑战，展望了出生队列生物样本资源建设发展方向和未来前景，以期为我国人口高质量发展提供重要借鉴与参考。

李岩研究员

大型队列研究数据资源的信息化建设

卞铮^1,2, 王翊涵¹, 鄢全意², 罗丹², 李岩^1,2

1. 中国科学院生物物理研究所, 北京;

2. 健康医疗大数据西部研究院, 重庆

大型队列研究在医学研究中的作用凸显，信息化建设作为保障大型队列研究高质量开展的重要基础，日益受到关注和重视。本文阐述了队列研究数据资源的信息化建设要点，归纳了队列研究在采集、保藏、利用数据资源过程中的全流程信息化场景，讨论并分析了信息化面临的问题与挑战，以期为我国未来的大型队列研究的发展及参与数字中国的建设提供重要借鉴与参考。

王红阳 院士

类器官及相关生物样本库研究进展

黄腾, 陈磊, 王红阳

中国人民解放军海军军医大学国家肝癌科学中心, 东方肝胆外科医院, 上海

生物样本库作为集收集、储存以及管理生物体各种类型样本的资源库，在基础生命科学和临床医学研究中发挥了极为重要的作用。类器官作为近年来新兴的个体化研究模型发展迅速，将来源于生物体的类器官纳入生物样本库，对于进一步提升生物样本库的可靠性、多样性与可拓展性有着非常重要的意义。以个体化类器官作为生物样本库资源，能更好地模拟不同人体器官的复杂生理病理功能。作为一个新兴的生物样本类型，类器官在基础科学研究如疾病建模、耐药机理、再生医学、基因编辑等领域，以及临床诊疗如分型诊断、药物筛选、治疗监测和个体化治疗等方面都有非常广阔的应用前景。本文将简述类器官作为”有生命的样本库”的研究现状、发展趋势以及未来前景，希望能为快速普及与推动这一新技术的应用，服务大健康战略作出贡献。

张抒扬 教授

郭丹教授

罕见病临床样本库的建立与应用

郭丹^1,2,3，金晔^2,3，刘炜达^2,3，张雅然^1,2,3，王安琪^1,2,3，张抒扬³

1. 中国医学科学院&北京协和医学院，北京协和医院临床生物样本中心，北京;

2. 中国医学科学院&北京协和医学院，北京协和医院医学科学研究中心，北京;

3. 中国医学科学院&北京协和医学院，北京协和医院疑难重症及罕见病重点实验室，北京

罕见病是发病率或患病率极低的一类疾病的总称，因其种类繁杂、诊断困难、治疗手段有限，一直是困扰全球医学界的难题。随着转化医学的飞速发展，近年来各国逐渐在罕见病的研究、诊疗和药物研发方面加大投入，生物样本库在常见病领域已有诸多成功的应用，在罕见病领域也发挥着重要作用。罕见病生物样本库将生物样本信息与患者临床信息、多组学数据等进行整合，促进疾病精准表型和发病机制研究，支持开展高水平、大规模的队列研究，加速罕见病新药、新治疗技术研发及疗效评价，支撑从基础研究到临床转化的全链条研究模式。本文通过对临床样本库在罕见病领域的建立与应用进行回顾与展望，旨在促进罕见病样本库标准化、规范化、信息化、多元化和可共享的模式的建立，推动全球范围内的协作和转化应用，对于罕见病诊疗能力的提升和医学科学的发展具有重要意义。

陈蕾教授

黄伟教授

精准医学时代的华西生物样本库建设现状及未来展望

谭维维¹, 李淑君¹, 樊萍¹, 姜兰¹, 陈蕾², 黄伟^1,3

1. 四川大学华西医院生物样本库, 成都;

2. 四川大学华西医院神经内科, 成都;

3. 四川大学华西医院中西医结合中心, 华西-利物浦生物医学研究中心, 胰腺炎中心, 成都

生物样本库是生物医学研究的基础设施，是促进医疗创新以实现精准医学的关键环节，也是符合国家医学中心建设的医疗创新战略资源平台。我国生物样本库建设与欧美和其他发达国家相比起步较晚，整体发展水平相对滞后，目前只有少数顶级研究型医院发展水平较高，大部分生物样本库“临床-科研型领军人才”匮乏，欠缺对 “生物样本学”学科的深入认识，导致其发展规模、质量、水平参差不齐。因此，亟待建立大规模、规范化、高质量的生物样本库以及支撑其发展的学科体系，推动研究型医院及其联盟医院的建设，进而提升我国医疗创新能力。本文分析了国内外生物样本库发展的特点，并以四川大学华西医院生物样本库为例，阐述了该团队对“生物样本学”学科建设的认识和理念，并总结其在临床研究中的支撑作用和应用方向，提出以有组织的解决重大临床科学问题为导向的国家医学中心医疗创新战略资源平台建设的方案。最后，笔者就目前华西生物样本库建设的不足之处提出建议，也对未来发展的规划进行展望。

程涛教授

血细胞活库支撑血细胞图谱计划和生态研究

马士卉^1,2, 谢小韦^1,2, 马艺戈^1,2, 韩星星^1,2, 郝莎^1,2, 程涛^1,2

1. 中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所), 血液与健康全国重点实验室, 国家血液系统疾病临床医学研究中心, 细胞生态

海河实验室, 天津;

2. 天津医学健康研究院, 天津

生物样本活库相较于传统生物样本库，对“血液生态”具有更高的研究利用价值。通过对血细胞活库的规范化建设，我们构建了“数据+样本+X”的一体化管理模式，为血细胞图谱计划提供坚实的资源支撑。率先建立单细胞水平全套造血细胞分子指纹图谱，并成功创建了精细完整的血细胞单细胞数据共享平台。这些进展不仅为血液生理及相关疾病的研究提供了宝贵的研究资源和公共分析工具，而且为疾病的精准诊断和治疗提供新策略。

郝捷主任

干细胞资源库的标准化建设：挑战和机遇

牛帅帅¹, 王磊^1,2, 王海滢¹, 马娟¹, 蔡佳乐¹, 刘鹏¹, 于晓游¹, 吴骏^1,2, 赵同标^1,2,3,

彭耀进^1,2,3, 郝捷^1,2,3

1. 中国科学院动物研究所, 北京;

2. 北京干细胞与再生医学研究院, 北京;

3. 中国科学院大学, 北京

干细胞资源在基础科研和临床转化中的重要性日益凸显，干细胞资源库的标准化建设更是成为推动干细胞与再生医学领域规范发展的关键因素。我国大部分干细胞资源库的标准化建设仍处于起步阶段，面临资源合规性建设不健全、质量标准体系建设不够完善、资源收集和共享渠道不流畅以及可持续性发展规划与建设不足等多方面挑战。这些挑战不仅限制了干细胞资源库的高质量发展，而且在很大程度上阻碍了该领域的规范化进程。有鉴于此，本文深入分析干细胞资源库在推动相关领域发展中的关键作用及面临的主要挑战，阐明标准化建设的重要性和紧迫性，并进一步探讨我国干细胞资源库的发展现状及标准化建设的可行路径。通过加强合规性建设、质量管理、数据化建设和国际合作等，干细胞资源库将有助于推动再生医学的健康发展，为基础研究和临床应用提供高质量的细胞资源，促进生物医药领域的持续创新。

魏强研究员

加强和推进传染性疾病样本资源库建设

宋杨¹, 姜孟楠², 魏强²

1. 中国疾病预防控制中心传染病管理处, 传染病溯源预警与智能决策全国重点实验室，北京;

2. 中国疾病预防控制中心国家病原微生物资源库, 国家病原微生物保藏中心, 北京

传染性疾病样本是开展传染性疾病流行病学、疾病发生发展、临床诊断和治疗、药物筛选和疫苗研发等研究工作的重要基础性科技资源。通过顶层设计、统筹规划、依法合规、系统规范建设传染性疾病样本资源库，健全完善样本采集、检测、保藏、利用等单位间资源共建共享机制，形成连续、协同、整合的传染性疾病样本资源保藏体系，最大程度保护和有效利用这些珍贵资源，不仅对于传染性疾病科研、防控等工作至关重要，更关系国家生物安全。

鲍一明 研究员

国家基因组科学数据中心: 现状及展望

陈梅丽¹, 王彦青¹, 李茹姣^1,2, 马英克¹, 张思思¹, 张欣¹, 宋述慧^1,2, 肖景发^1,2,

赵文明^1,2, 章张^1,2, 鲍一明^1,2

1. 中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)国家基因组科学数据中心, 北京;

2. 中国科学院大学, 北京

面向我国人口健康和社会可持续发展的重大战略需求，国家基因组科学数据中心(National Genomics Data Center，NGDC)自2019年成立以来，已初步建成具有自主知识产权、安全可控、涵盖领域广的多维组学数据汇交、存储、管理和共享体系，涵盖基础组学数据资源、国家人类遗传资源、重要战略生物资源、生物安全资源以及生物信息分析工具和平台等，为人口健康、公共安全、育种改良、生物多样性等相关研究提供重要资源和参考信息。截至目前，NGDC已存储和管理27.6 PB的数据量，数据编号被Springer Nature，Elsevier，Wiley，Taylor & Francis等全球主要出版集团推荐或认可。尽管NGDC已连续六年被本领域国际权威期刊《核酸研究》称为与美国NCBI、欧洲EBI齐名的国际主要生物数据中心，但与国际一流数据中心仍存在一定差距。展望未来，NGDC将重点聚焦于数据智能审编、数据融合检索、生物大数据云平台、前沿算法工具等，同时在经费争取、人才培养和国际合作方面加大工作力度，建成国际领先的基因组科学数据中心，支撑我国生命与健康科学领域的科技创新发展和自立自强。

朱云平 研究员

蛋白质组科学数据库建设及应用

刘祎，徐小放，马洁，陈涛，朱云平

军事科学院军事医学研究院生命组学研究所，国家蛋白质科学中心(北京)，北京蛋白质组研究中心，蛋白质组学国家重点实验室，北京

蛋白质组技术的发展及推广应用使蛋白质组数据共享的需要日益迫切，在数据共享理念的支撑下，蛋白质组数据库不断涌现。本文首先介绍了蛋白质组科学数据库的建设情况，重点阐述了国际蛋白质组数据联盟以及成员的现状，详细介绍了中国的蛋白质组数据库iProX，然后简要介绍了当前蛋白质组学数据库应用的四个方向，最后对该领域存在的挑战和机遇进行了展望。

高大勇 教授

赵刚教授

细胞低温保存原理与进展

赵刚¹, 周学迅², 高大勇³

1. 中国科学技术大学电子工程与信息科学系, 合肥;

2. 中国医药生物技术协会组织生物样本库分会低温生物学组, 上海;

3. Department of Mechanical Engineering, University of Washington, Seattle WA

生物活体细胞的长期深低温冷冻保存是保障现代生物样本库高质量运行的关键核心技术，具有重要的基础研究和临床应用价值，其标准化和规模化应用正在细胞治疗、组织工程、再生医学、生殖医学、临床输血、药物开发、动物遗传育种与繁殖等诸多领域发挥着不可替代的重要支撑作用。当代低温保存体系中，人们主要致力于寻找理想的低温保护剂，在其引发的毒性和渗透性等损伤与其低温保护作用之间寻求最佳平衡点; 同时，在既定的低温保护剂溶液体系下，对低温保存全过程进行多尺度、全方位的优化控制。本文综述了国际上细胞低温保存的主要进展，同时融入了本团队利用多学科交叉融合和系统工程学思想努力实现绿色低温保存的研究积累,展望了细胞低温保存的未来发展趋势。

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健康医疗大数据西部研究院

2020年中国科学院和重庆高新区管委会合作共建健康医疗大数据西部研究院。主要承担中国科学院战略性先导科技专项(B类)“多维大数据驱动的中国人群精准健康研究” 百万量级自然人群队列和专病队列建设，采集并追踪自然人群健康信息和相关的生物学样本。