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3.7. PROCESAMIENTO Y GESTIÓN DE MUESTRAS BIOLÓGICAS. BIOBANCOS
Dra. Isabel Novoa García
MUESTRAS BIOLÓGICAS PARA INVESTIGACIÓN BIOMÉDICA
La investigación biomédica se basa principalmente en el estudio de las enfermedades humanas para identifi car sus causas y posibles tratamientos, con el objetivo principal de mejorar la salud y la calidad de vida de los seres humanos. La identifi cación de la causa o causas de las enfermedades a nivel molecular/celular lleva a la determinación de biomarcadores de enfermedades, los cuales son clave para comprender cómo funciona un organismo en condiciones normales y por qué su alteración conduce al desarrollo de enfermedades.
Las muestras biológicas humanas más frecuentemente utilizadas para la determinación del estado de salud son la sangre y la orina, pero el abanico ha ido aumentando hasta incluir cualquier tejido del cuerpo humano (tejidos de diferentes órganos o localizaciones) o fl uido (líquido cefalorraquídeo, exudados, etc.). La diversidad de muestras obtenidas y analizadas para proyectos de investigación biomédica queda patente especialmente en enfermedades pulmonares, para las que el repertorio de muestras analizadas incluye además muestras tales como el esputo, el lavado broncoalveolar, el frotis nasal y el frotis faríngeo.
El proceso de estudio de biomarcadores de enfermedades pasa por diferentes etapas desde la fase de descubrimiento, pasando por la validación del biomarcador, hasta su aplicación clínica para diagnóstico, predicción, pronóstico o tratamiento de la enfermedad en cuestión. La fase de descubrimiento de biomarcadores requiere un número de muestras menor que las fases más avanzadas de este proceso. Sin embargo, en esta fase de descubrimiento se suelen analizar muchos potenciales biomarcadores a través de técnicas de gran alcance, técnicas “ómicas” tales como la proteómica, la genómica, etc. Al contrario, las fases de validación se centran en un menor número de biomarcadores, pero precisan un mayor número de muestras y múltiples procedencias.1
El tipo de muestras necesarias para este proceso de estudio de biomarcadores viene determinado por factores como los tres que se enuncian a continuación.
1. Los órganos o sistemas a los que afecte dicha enfermedad: enfermedad localizada en un órgano (cerebro) vs enfermedad sistémica (enfermedad presente en el sistema circulatorio). 2. Lo invasiva o no invasiva que pueda ser la toma de la muestra: biopsia vs orina.
3. La estabilidad del tipo de muestra frente a la degradación de las moléculas que la componen. Por ejemplo, cuanto más pequeño sea el trozo de tejido pulmonar, más rápida será su degradación, es decir, una muestra de biopsia de pulmón es menos estable que el pulmón entero (explante de pulmón de receptores de trasplante).
Estos factores anteriormente citados son clave para establecer qué muestras serán obtenidas a la hora de estudiar biomarcadores de enfermedades. Finalmente, el formato en el cual se obtiene la muestra y se preserva depende del tipo de muestra (sangre, tejido, orina, etc.), del tipo de biomoléculas o células que se pretenden analizar (proteínas, eritrocitos, etc.) y del tipo de técnica de análisis. Por ejemplo, se puede obtener sangre en tubo con EDTA para aislar y analizar el ADN por técnicas de genómica, o se puede obtener una biopsia de tejido para analizar la expresión de proteínas por inmunohistoquímica. Por todo ello, actualmente existen más tipos diferentes de tubos para obtener las muestras de sangre y más variedad de agentes estabilizantes de tejidos. Los diferentes tipos de tubos de sangre se han desarrollado para obtener, a partir de las muestras de sangre, diferentes componentes, tales como suero, plasma, ADN genómico, ADN libre, ARN, células sanguíneas, etc. De la misma manera, las muestras de tejido se pueden obtener y fi jar con reactivos tales como formol, paraformaldehído, glioxal u otras soluciones, o se pueden congelar por diferentes procedimientos de enfriamiento (congelación gradual con isopentano, congelación rápida con nitrógeno líquido, etc.).
Procesamiento y almacenamiento de muestras
La búsqueda de biomarcadores requiere analizar los subproductos que se derivan de las muestras obtenidas originalmente. Por tanto, es necesario establecer qué subproducto/s se quiere analizar para determinar qué muestras se deben obtener y almacenar y, en consecuencia, defi nir en qué tipo de recipiente y solución estabilizadora serán necesarios y qué procesamiento habrá que aplicar. Por ejemplo, el suero, el plasma y el ADN genómico son subproductos de la sangre. Para separar suero se utilizan tubos de sangre sin agentes coagulantes, y para aislar plasma y ADN genómico se pueden utilizar tubos de sangre EDTA, que permiten aislar estos dos subproductos. Existen guías, recomendaciones y artículos que ayudan a establecer cuál es la mejor manera de obtener las muestras y sus respectivos subproductos.2-4
El protocolo técnico (procedimiento) que se utiliza para procesar las muestras también es clave, ya que las diferencias en el procesamiento de las muestras pueden introducir artefactos que nada tienen que ver con las características originales de las mismas, y ello puede conducir a encontrar “falsos” biomarcadores de enfermedad. Por este motivo, también es importante reducir al mínimo las diferencias debidas al procesamiento de las muestras, para lo que será crucial utilizar procedimientos normalizados de trabajo (PNTs) o kits de casas comerciales o equipos robotizados para procedimientos repetitivos. Entre los equipos robotizados, es común disponer de robots de dispensación de líquidos (robot para generar alícuotas de plasma, suero, etc.) o equipos extractores de ácidos nucleicos (equipos extractores de ADN).
El proceso de investigación en biomarcadores es un proceso largo que requiere años de investigación, por lo que también es clave preservar las muestras durante el máximo tiempo posible en un formato que garantice su estabilidad a lo largo del tiempo. En la mayoría de casos, las muestras se suelen preservar a muy bajas temperaturas porque así son más estables, de ahí que sean necesarios congeladores de -80 ºC para guardar sueros y plasmas, o tanques de nitrógeno líquido, que mantienen las células a temperaturas de -150 ºC o inferiores. Muchos tejidos son almacenados durante muchos años a temperatura ambiente tras ser fi jados en formol y embebidos en parafi na, aunque los tejidos también se pueden almacenar congelados a -80 ºC.
Debido a que las muestras humanas pueden contener potencialmente agentes patógenos, es necesario disponer de equipos de protección individual (EPIs), también conocidos como equipos de protección personal (EPPs), que protejan al personal que manipula las muestras, y de instalaciones de laboratorio y salas de almacenamiento de muestras de acceso restringido a personal cualifi cado para reducir la exposición accidental de personal no cualifi cado.
DATOS ASOCIADOS A LAS MUESTRAS
Los datos asociados a las muestras se pueden clasifi car en función de a quién o a qué corresponden los datos. Así, se pueden distinguir las siguientes categorías.
Datos del biobanco/biorepositorio
Son los datos que permiten saber a qué institución está vinculado el biobanco o biorepositorio en el cual están disponibles las muestras para investigación biomédica.
Datos del paciente o donante de muestras
Suelen incluir datos de identidad (nombre, apellidos), datos de edad o fecha de nacimiento, datos de identifi cación como el DNI, el número de historia clínica (NHC), etc.
Datos de la donación
Son los datos del estado de salud correspondientes a una fecha determinada. Por ejemplo: donación en el momento del trasplante se refi ere al conjunto de datos del estado de salud de un paciente que ha sido trasplantado de pulmón; donación 3 meses posttrasplante se refi ere al conjunto de datos tras 3 meses posttrasplante pulmonar, etc.
Datos de la muestra
Conjunto de datos que caracterizan/describen una muestra. Por ejemplo, tipo de muestra, concentración y pureza del ADN, tejido tumoral o no tumoral, etc.
Datos de análisis de las muestras
Conjunto de datos que resultan del análisis de la muestra. Por ejemplo, niveles de glucosa en sangre, datos del genotipo del donante/paciente, resultado de análisis genómicos, etc.
Los datos asociados a las muestras también se pueden clasifi car en otras categorías, como las siguientes:
• Datos biométricos: altura, peso, etc. • Datos del estilo de vida: dieta alimentaria, consumo de diferentes sustancias (alcohol, tabaco, etc.), actividad física, etc. • Datos del estado de salud del paciente, comúnmente llamados datos clínicos o datos de diagnóstico (por ejemplo: diabetes, niveles de glicemia, etc.).
APLICATIVOS DE GESTIÓN DE MUESTRAS
Los aplicativos desarrollados para gestionar muestras y datos de laboratorios se denominan Laboratory Information Management Systems (LIMS). Están diseñados para disponer de las muestras y los datos con dos fi nalidades principales: 1) localizar las muestras y los datos que puedan ser solicitadas por investigadores para realizar proyectos de investigación y 2) dar respuesta a las peticiones de donantes/pacientes que soliciten ejercer sus derechos.5-7 Estos aplicativos están en desarrollo continuo para dar respuesta a las nuevas necesidades, tales como: 1) registrar cada vez más datos asociados a las muestras, 2) visibilizar parte de la información de forma segura permitiendo a los investigadores saber más de las muestras disponibles para investigación, 3) interaccionar con otros sistemas de información y 4) comunicarse con equipos de procesamiento de muestras para actualizar la información de trazabilidad o de análisis de las muestras, etc.
GESTIÓN DE MUESTRAS BIOLÓGICAS
Aunque el muestreo tiene como fi n obtener una muestra que sea representativa de la población, esto nunca La gestión de las muestras humanas para investigación biomédica hace referencia a todos los aspectos que se deben tener en cuenta a la hora de disponer y utilizar estas muestras para la realización de investigación biomédica. Desde la publicación de la primera versión de la Declaración de Helsinki8 y hasta nuestros días, para realizar investigación con muestras humanas hay que cumplir las condiciones que se enumeran a continuación.
1. Que el paciente/donante haya sido informado del proyecto de investigación y que consienta en donar sus muestras para investigación. 2. Que la obtención de las muestras no suponga un riesgo para la salud del paciente/donante. 3. Que el proyecto de investigación haya sido aprobado por los comités éticos responsables de esta función (CEIm, comités de ética de investigación con medicamentos, o CEI, comités de ética de investigación). 4. Que se den garantías de trazabilidad de las muestras para que los pacientes/donantes puedan ejercer sus derechos de cambiar de opinión y solicitar destruir sus muestras (derecho de revocación del consentimiento y de destrucción de las muestras). 5. Que se den garantías de trazabilidad de las muestras para que los pacientes/donantes puedan solicitar información sobre qué resultados se han obtenido fruto de la investigación con sus muestras (derecho de información). 6. Que los responsables de disponer de muestras para investigación, ya sean investigadores o instituciones, hagan públicos en revistas científi cas los resultados de sus investigaciones. 7. Que los responsables de disponer de muestras para investigación, ya sean investigadores o instituciones, hagan difusión de los avances clave de la investigación en un lenguaje asequible para el público general (responsabilidad social de la investigación).
Los aspectos anteriormente mencionados han conducido a que sea necesario legislar esta actividad para garantizar su cumplimiento5-7 y gestionar muestras biológicas humanas para investigación biomédica.
BIOBANCOS
Tanto el aumento de la actividad de investigación biomédica (que implica analizar un mayor número de muestras, disponer de muestras con garantías de calidad y colaborar a nivel nacional o internacional) como el requisito de respetar los derechos de los donantes/pacientes y de la sociedad en general, han contribuido
a la creación y desarrollo de unidades especializadas en la gestión de muestras biológicas para investigación biomédica, denominadas biobancos.
Los biobancos son unidades de apoyo a la investigación. En su mayoría, forman parte de instituciones públicas de investigación biosanitaria, principalmente vinculadas a hospitales.
En España, para poder operar los biobancos deben ser previamente autorizados. Existe un registro centralizado público donde se puede consultar el listado de biobancos autorizados (Registro Nacional de Biobancos). Estos trabajan en redes colaborativas para aunar esfuerzos en estrategias comunes con el fi n de apoyar la investigación biomédica (Red de Banco de Tumores de Cataluña o Red Nacional de Biobancos).
Los biobancos ofrecen un catálogo de servicios y de colecciones de muestras disponibles a través de sus páginas web. A continuación se enumeran algunos de los servicios que ofrecen normalmente.
1. Servicios de asesoramiento en aspectos técnicos, éticos, legales, metodológicos y científi cos en relación a la obtención, procesamiento, almacenamiento y distribución de muestras humanas para investigación biomédica. 2. Servicios de obtención, procesamiento y almacenamiento de muestras humanas para investigación biomédica. 3. Servicios de distribución de muestras (cesión de muestras) en respuesta a peticiones de investigadores.
El catálogo de muestras de un Biobanco varía y depende de múltiples factores, pero se pueden clasifi car los biobancos en las siguientes categorías.
1. Biobancos monográfi cos de una enfermedad o conjunto de enfermedades: por ejemplo, biobancos especializados en enfermedades raras o en patologías renales. 2. Biobancos con múltiples bancos que no están especializados en ninguna patología: por ejemplo, biobancos que disponen de banco de tumores, banco pulmonar, banco de inmunología, etc. Este es el caso de muchos biobancos vinculados a hospitales o centros de investigación en entornos hospitalarios. 3. Biobancos con poblaciones de referencia que disponen de donantes de la población general de una zona geográfi ca o país.
Los biobancos deben disponer de una estructura mínima, consistente en un director/a, un titular del biobanco y dos comités externos de supervisión de su actividad, el comité científi co externo y el comité ético externo.
El personal de los biobancos está especializado en aspectos técnicos y metodológicos de procesamiento de muestras y de su análisis, en aspectos de calidad, integridad y seguridad de datos asociados a las muestras (datos del donante y datos de características de su enfermedad) y en aspectos éticos y legales del uso de muestras humanas para investigación biomédica. Por lo tanto, requiere una formación multidisciplinar en biomedicina, gestión de datos, gestión de bases de datos, bioética y legislación.
Finalmente, cabe destacar que en los últimos años los biobancos y redes colaborativas de biobancos han realizado una intensa actividad para facilitar el acceso de los investigadores a las muestras almacenadas en sus instalaciones, siempre garantizando el cumplimiento de los derechos de los donantes. Todo ello, en conjunto, está haciendo que la contribución de los biobancos a la investigación biomédica y a la medicina del futuro sea clave.
PUNTOS CLAVE
• La identifi cación de las causas de las enfermedades humanas se basa en la identifi cación de biomarcadores mediante la realización de proyectos de investigación biomédica. • Las muestras más utilizadas para investigación son la sangre, la orina y los tejidos. • Los tipos de muestras necesarios para la realización de proyectos de investigación dependen de varios factores, tales como: enfermedad localizada o extendida por todo el cuerpo, riesgo de la toma de ese tipo de muestras y estabilidad del tipo de muestra frente a la degradación de sus componentes. • Para el desarrollo de un proyecto de investigación biomédica, es necesario defi nir: o el tipo de subproductos que se quieren analizar (ej. ADN) o el tipo de muestras que se deberán obtener (ej. sangre) y el tipo de agente estabilizante óptimo para ese tipo de muestra (ej. EDTA) o el procedimiento para procesar todas las muestras de la misma manera o el modo de almacenaje de las muestras y la temperatura adecuada para garantizar la estabilidad a largo plazo.
• Los datos asociados a las muestras son tan importantes como las muestras en sí, porque defi nen las características de los donantes, su estado de enfermedad, el tipo de muestras disponibles y los resultados del análisis de las muestras. • La gestión de las muestras para investigación biomédica comprende: o informar y pedir el consentimiento a los donantes de las muestras. o Disponer de la aprobación del proyecto de investigación emitida por comités que velen por el cumplimiento de requisitos legales y consensos bioéticos. o Garantizar la trazabilidad para que los donantes puedan ejercer sus derechos. o Hacer difusión de los resultados obtenidos del análisis de las muestras.
• Los biobancos ofrecen servicios especializados de obtención, procesamiento, almacenamiento de muestras humanas para investigación biomédica en cumplimiento con la legislación vigente y para promover una investigación de calidad y competitiva.
BIBLIOGRAFÍA
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S, Rábano A, Villena C. In search of an evidence-based strategy for quality assessment of human tissue samples: report of the tissue Biospecimen Research Working Group of the Spanish Biobank Network. J
Transl Med. 2019;17(1):370. 4. 2012 best practices for repositories collection, storage, retrieval, and distribution of biological materials for research international society for biological and environmental repositories. Biopreserv Biobank. 2012;10(2):79-161. 5. Gobierno de España. Ley 14/2007, de 4 de julio, de Investigación biomédica. 6. Gobierno de España. RD 1716/2011, de 18 de noviembre, por el que se establecen los requisitos básicos de autorización y funcionamiento de los biobancos con fi nes de investigación biomédica y de tratamiento de las muestras biológicas de origen humano, y se regula el funcionamiento y organización del Registro
Nacional de Biobancos para investigación biomédica. 7. Gobierno de España. Ley Orgánica 3/2018, de 5 de diciembre, de Protección de Datos Personales y garantía de los derechos digitales. 8. Declaración de Helsinki de la Asociación Médica Mundial (AMM) - Principios éticos para las investigaciones médicas en seres humanos. Disponible en: http://www.wma net/es/30publications/10policies/b3/.
