Biobank, czyli naukowa inwestycja na przyszłość

Na czym polega biobankowanie i czym są biobanki?

Dr hab. Radosław Zagożdżon: W pierwotnym rozumieniu biobank określany był jako repozytorium próbek biologicznych, zwykle pochodzących od człowieka. Mogły to być płyny ustrojowe, mocz, kał, krew, płyn mózgowo-rdzeniowy, fragmenty tkanek. Materiał ten należał przeważnie do osób chorych, ale niekiedy także do zdrowych. Obecnie ta definicja się rozszerza. Mamy biobanki cyfrowe, których zadaniem jest gromadzenie danych, czyli np. danych klinicznych albo ankietowych od pacjentów. Biobanki, które do tej pory gromadziły DNA i RNA, teraz zaczynają przechowywać również dane pochodzące z analizy. Mamy biobanki metabolomiczne, w których przechowywane są próbki biologiczne w celu badania metabolitów. Istnieją biobanki, w których ocenia się metagenom, czyli genom bakterii związanych z naszym organizmem. W nowej definicji biobanku mieszczą się też biobanki materiałów zwierzęcych, zarówno od zwierząt laboratoryjnych jak i dziko żyjących. Zaś ostatnim typem są biobanki środowiskowe, w których mamy np. próbki wody i gleby. Gdy połączymy wszystkie wymienione tu typy biobanków, otrzymamy nową ideę biobankowania, która nazywa się One Health.  Traktuje ona cały ekosystem Ziemi jako jedność. Dzięki takiemu podejściu biobankowanie może nam dostarczyć wszelkich możliwych informacji.

A co przechowujemy w biobanku na WUM? 

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Warto uściślić, że biobank w nowoczesnym rozumieniu musi spełniać określone kryteria: etyczne, organizacyjne, prawne i najlepiej, żeby spełniał jeszcze normy ISO. Oprócz nowoczesnych biobanków mamy też biorepozytoria, które nie spełniają tych wszystkich wymogów, bo np. nie mają normy ISO. Na WUM mamy właśnie kilka różnych rodzajów biorepozytoriów. Natomiast jeżeli chodzi o biobankowanie spełniające nowoczesne standardy, to mamy biobank Laboratorium Badawczego – Banku Komórek, z którym współpracujemy.

Czy biobankowanie ma długą tradycję? Kiedy i gdzie powstał pierwszy biobank? 

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Odpowiedź zależy od tego, jaką definicję biobanku przyjmiemy. Gromadzenie tkanek ludzkich praktykowane jest od stuleci w ramach działalności uczelni i szpitali. Uznaje się jednak, że prekursorem biobankowania było Army Medical Museum (dziś National Museum of Health and Medicine) w Stanach Zjednoczonych, co datuje się na 1862 rok. Jednak nie jest to biobank w nowoczesnym rozumieniu. Biobankowanie w takim standardzie, w jakim uznawane jest w tej chwili, powstało w latach 70., 80, i 90. ubiegłego wieku. A pierwszymi  regionami, które wprowadziły odpowiednie regulacje, żeby stworzyć biobanki, były Wielka Brytania i Skandynawia. Jednak prawdziwym przełomem okazało się stworzenie sieci biobanków w Europie w pierwszych latach XXI wieku.  

Jak długo można przechowywać próbki biologiczne?

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Jeżeli mamy właściwie składowane DNA, czyli w -80 st. C w odpowiednich buforach, to jest ono praktycznie niezniszczalne przez czas. O ile oczywiście nie nastąpią żadne katastrofy. Dziś naukowcy oceniają DNA stworzeń, które istniały wiele milionów lat temu. Jest to możliwe dlatego, że DNA jest stabilne. Natomiast RNA jest bardzo niestabilne, a mimo to również możemy je stabilnie składować w -80 st. C w obecności inhibitorów odpowiednich enzymów. Mamy jeszcze składowanie biologiczne. Takie próbki są przechowywane w ciekłym azocie. Można również zatopić je w bloczkach parafinowych i składować tak samo, jak materiały patomorfologiczne. Obecne metody pozwalają więc na co najmniej kilkadziesiąt lat bezpiecznego składowania. Ta długa perspektywa czasowa jest bardzo ważna. Niedawno słyszałem, że naukowcy odkryli tkanki gromadzone w okresie międzywojennymi i przechowywane w bloczkach parafinowych. Teraz będzie można ocenić zawarte w nich białka, czy obecność pewnych markerów nowotworowych.

Po co właściwie przechowujemy tkanki czy też sam materiał genetyczny? 

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Podstawowe biobankowanie to bezhipotezowe gromadzenie danego materiału po to, żeby kiedyś ktoś wpadł na pomysł, jak można go użyć. Jednak najczęściej gromadzimy i przechowujemy tkanki w związku z określonym projektem, ponieważ są one potrzebne do jego realizacji. I wówczas repozytorium tkanek tworzy się na bazie projektu naukowego. Później, gdy już projekt się zakończy, tkanki przechowywane są dalej. W biobankowaniu bardzo istotne jest bowiem to, żeby zachowywać preparaty do dalszych analiz. Oznacza to, że oceniamy je w danej chwili, a potem retrospektywnie do nich wracamy i ponownie analizujemy. 
Mamy jeszcze trzecie podejście - prospektywne. W biobankowaniu prospektywnym najważniejsze jest to, że nie tracimy kontaktu z osobami, które użyczyły nam swojego materiału. Zatem pobieramy tkanki tu i teraz, a następnie od tych samych dawców np. za dziesięć lat i za kolejne dziesięć. Gromadzimy również dane dotyczące zdrowia osób, od których pobraliśmy tkanki. Biobankowanie prospektywne jest najdoskonalsze, jednak nie zawsze możliwe do przeprowadzenia, ponieważ musimy chronić dane osobowe. W większości krajów biobankowanie zakłada anonimizację, a właściwie pseudonimizację i brak informacji zwrotnej dla dawcy materiału. Zamieniamy dane osobowe na kod i przypisujemy go do wszystkich próbek pochodzących od danej osoby, jednak do tej osoby już z żadną informacją nie wracamy. 
Wyjątek stanowi np. model estoński, który zakłada, że praktycznie każda osoba, która przekazała materiał biologiczny do biobanku, ma prawo otrzymać informację zwrotną na temat tego, co uzyskano ze zbiobankowanego materiału. Ten model bardzo dobrze się sprawdza. Trzeba przyznać, że Estończycy są liderami w Europie, jeżeli chodzi o odsetek zbiobankowanych tkanek. Mają zbiobankowane ok. 20 proc. swojej populacji. 

To jednak mała populacja…

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Tak, jednak model, który opracowali jest pod wieloma względami doskonały. System jest zdigitalizowany, wszystkie zgody można złożyć on-line i również on-line można je wycofać. To bardzo wygodne. Estończycy są liderami, jeżeli chodzi o organizację procesu biobankowania. W Polsce nie działa to tak doskonale i sporo rzeczy mamy do zrobienia, żeby dogonić Europę.

A gdyby miał Pan wskazać, jakie są największe zyski z biobankowania - co by to było?

Dr hab. Radosław Zagożdżon: To jest inwestycja naukowa na przyszłość. Powiedzmy, że naukowcy rozpoczynają projekt i potrzebują określonych tkanek. Ich pozyskanie od dawców zajmuje bardzo dużo czasu. Dlatego też najpierw naukowcy poszukują odpowiedniego materiału w biobankach, gdzie potrzebne tkanki często już czekają. W ten sposób oszczędzamy nie tylko mnóstwo czasu, ale także pieniędzy i innych środków. Załóżmy, że pojawia się wirus "SARS-CoV-3". Jeśli zgromadziliśmy materiał z epidemii SARS-CoV-1 i z pandemii SARS-CoV-2 – to mamy gotowe próbki, żeby przygotować się do ewentualnej kolejnej pandemii. Badając je, możemy np. przyspieszyć opracowanie szczepionki. I to jest jedna ważna korzyść. Kolejna to badania populacyjne. Jeśli mamy biobank populacyjny, możemy dowiedzieć się więcej na temat demografii, predyspozycji do pewnych chorób w danej populacji. Na bazie informacji uzyskanych z biobanków, jesteśmy również w stanie przewidzieć, jak pewne leki będą wpływały na konkretne osoby – czy będą skuteczne, czy dadzą efekty niepożądane. To też jest bardzo cenne, bo nie robimy badań z udziałem ludzi, tylko na tkankach.
Podsumowując, biobank można porównać do świnki-skarbonki, do której można zawsze w razie potrzeby sięgnąć.

A czy biobanki mogą się przyczynić do skuteczniejszego leczenia chorób rzadkich? 

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Tak. W przypadku chorób rzadkich proces gromadzenia tkanek i informacji jest szczególnie trudny i długotrwały, stąd ogromna rola biobanków. Zwłaszcza gdy działają w europejskiej sieci, dają szansę uzyskania danych, które pomagają w diagnozowaniu i leczeniu. 

Biobankowanie oznacza, że mamy do czynienia z ogromem informacji. Czy w ich gromadzeniu i analizowaniu pomaga nam już AI?

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Bez nowoczesnej informatyki biobankowanie by nie istniało. Mówimy przecież o setkach tysięcy, jeśli nie o milionach próbek, które trzeba w odpowiedni sposób składować. Zatem AI wykorzystywana jest na wiele sposobów. Istnieją biobanki zrobotyzowane. Człowiek dostarcza tam próbkę, ale wszystkie dalsze czynności wykonują już roboty. Taki biobank działa np. w ośrodku w Gdańsku i kilku innych miastach w Polsce, a AI pomaga w takich biobankach w opracowaniu doskonalszych metod klasyfikacji, przechowywania i pozyskiwania tkanek. 
Ponadto sztuczna inteligencja może pomóc w analizie uzyskanych danych. W biobankach cyfrowych z wielką ilością informacji użycie prostych metod informatycznych nie wchodzi w grę. Potrzeba AI, żeby znajdować wzorce i matryce. Sztuczna inteligencja pomaga też w testowaniu różnych hipotez, np. sprawdza we wcześniejszych publikacjach, czy dane hipotezy były już oceniane, a jeśli tak, jakie były ich wyniki.
Warto podkreślić, że AI bardzo się przydaje w ocenie tzw. mikroskopii cyfrowej. Istnieją bowiem biobanki, które gromadzą skany preparatów histologicznych. Są to obrazy wysokiej rozdzielczości, które praktycznie odpowiadają temu, co patolog zobaczyłby pod mikroskopem. Takie obrazy można łatwo i szybko przesyłać, a sztuczna inteligencja może dokonywać analizy obrazu i generować wstępne wnioski.

WUM jest liderem w konsorcjum, które ma zespolić biobanki w Polsce. Za co jesteśmy odpowiedzialni?

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Konsorcjum powstało jeszcze w 2014 roku, uzyskało finansowanie rządowe w roku 2017, a WUM był jedną z instytucji założycielskich. Pierwotnie przewodził ośrodek wrocławski. Wówczas powstała tzw. polska sieć biobanków i biorepozytoriów. Tamto konsorcjum finansowane było do 2021 r. Natomiast z początkiem tego roku WUM został powołany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego jako Krajowy Ośrodek Wiodący ds. Biobankowania (KOW), a ja zostałem wyznaczony na stanowisko krajowego koordynatora ds. biobankowania. KOW jest odpowiedzialny za koordynację i integrację krajowych biobanków materiału biologicznego oraz uwspólnianie działań krajowych z ogólnoeuropejskimi w ramach Europejskiej Sieci Infrastruktury Badawczej Biobanków i Zasobów Molekularnych BBMRI-ERIC. W kwietniu br. na naszej uczelni odbyło się spotkanie reaktywacyjne konsorcjum BBMRI.pl (Biobanking and BioMolekular resourses Research Infrastructure Poland), zrzeszające osiem polskich jednostek naukowych zajmujących się tematyką biobankowania. 

A na czym to uwspólnianie działań konkretnie będzie polegało? 

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Możemy mówić tutaj o co najmniej czterech aspektach, które należy uwspólnić w ramach polskiej i europejskiej sieci. Pierwszy to po prostu organizacja gromadzenia i wymiana tkanek między ośrodkami, czyli współpraca. Kolejny – odpowiednia informatyzacja. Dalej – quality management, czyli wszelkie działania, które mają na celu utrzymanie jakości i jak najwyższych standardów przez wszystkie biobanki. I wreszcie - sprawy prawne i etyczne. Za każdy z tych aspektów odpowiada inny ośrodek. Naszą rolą jako lidera jest skoordynowanie działań we wszystkich czterech obszarach. A ponadto pośredniczenie w kontaktach pomiędzy naszymi krajowymi ośrodkami a ośrodkami europejskimi. Zacieśnianiu takiej współpracy służą m.in. takie spotkania jak Europe BioBank Week Congress 2025, który odbył się w maju w Bolonii. Kongres zgromadził ekspertów, naukowców i praktyków z całego świata. Była to świetna okazja do wymiany doświadczeń, a także wysłuchania ciekawych wystąpień na temat: biobankowania zarówno materiału pochodzenia ludzkiego jak i nie-ludzkiego, wykorzystania big data i sztucznej inteligencji, tworzenia i zabezpieczania europejskich przestrzeni danych, etyki, prawa i społecznych implikacji w innowacjach biobankowych, biobankowania zorientowanego na pacjenta, automatyzacji biobanków – wyzwań, szans i rozwiązań.

Jakie zatem są obecnie największe wyzwania związane z biobankowaniem? 

Dr hab. Radosław Zagożdżon: Problemem jest finansowanie, które nie tak łatwo pozyskać. Szczególnie, że biobanki muszą być w dużej mierze finansowane z pieniędzy publicznych. Choćby dlatego, żeby uniknąć zarzutów, że ich zasoby są wykorzystywane wyłącznie komercyjnie. Nie oznacza to, że wykluczana jest współpraca komercyjna, wręcz przeciwnie – jest ona promowana, jednak na obecnym etapie nie stanowi ona głównego finansowania biobanków.
Mamy też kwestie etyczne – czy informacje uzyskane w trakcie np. analizy genetycznej danej próbki mają wrócić do pacjenta, czy nie. Załóżmy, że ktoś dowiaduje się, że ma gen podatności na nowotwór, co jednak nie znaczy, że rak się rozwinie. Czy taka informacja jest korzystna, bo spowoduje, że człowiek będzie częściej robił badania profilaktyczne i prowadził zdrowy tryb życia? A może wręcz przeciwnie, stres związany z taką wiadomością wpłynie niekorzystnie i zwiększy ryzyko rozwoju tej lub innej choroby?
Dużym wyzwaniem jest także nawiązanie współpracy ze społeczeństwem. O ile np. każdy Estończyk wie, co to jest biobankowanie, to przeciętny Polak – raczej o tym nie słyszał. W Polsce do biobanków potrafią zgłaszać się ludzie, którzy chcą złożyć tam gotówkę. Biobank kojarzy się im z bankiem w stylu eko… Zatem bardzo zależy nam na propagowaniu wiedzy na temat biobanków. Liczymy, że pod tym względem uda nam się wkrótce dorównać standardom europejskim.

Rozmawiała Iwona Kołakowska
Zdjęcie Tomasz Świętoniowski
Biuro Komunikacji i Promocji