表2：样本的分装方案

采集管上的条形码会再次扫描，并与LIMS系统中的数据对照，确保其正确无误，然后与捐献者的其他数据相关联。鉴于本库每天的存入量是巨大的（每天达到5000份血液和尿液），我们采取自动化的处理方式，所有的操作时间、温度及人员都将记录在LIMS系统中：

EDTA真空采集管（9ml）

含有EDTA的真空采血管中的血液将会在4℃下离心（2500g）10min。分装后的血浆、白细胞和红细胞将存储在1.4ml含有二维条形码的冻存管中，封存后放入96孔板中。LIMS系统中的数据会进行更新。

抗凝管和促凝管

含有分离胶采血管中血浆和血清将直接存入标记的冻存管中（如表2），LIMS系统中的数据会进行更新。

含有枸缘酸的采血管

500μl的全血与500μl的无菌DMSO（浓度20%，通过RPMI培养基稀释）存放于标记号的冻存管中，所有的操作在生物安全柜中进行，LIMS系统进行记录。然后将通过程序降温仪进行降温，初始温度4℃，-30℃之前每分钟1℃、-100℃之前每分钟10℃。随后，所有冻存管将保存于气相液氮中。

EDTA采血管（4ml）

我们也采集了新鲜样本来进行实验（因为有些分析不能通过保存的样本进行）。4mlEDTA管中的新鲜样本将会在全自动血液分析以上进行也常规分析（框3）。所有数据均通过条形码进行关联，LIMS系统进行记录。

框3：4ml采血管中全血所做的血液分析

尿液采集管

尿液分装标记后入库（如表2）,LIMS系统进行记录。

LIMS系统、数据结构与数据安全

本库采用LIMS系统来进行整个数据的信息化。LIMS系统虽然需要一些调整才能更适应于特殊的实验过程，鉴于其数据结构的完整性和ORACLE数据库的采用，我们认为其非常适应于本样本库。整个数据结构系统是适应与本库的基本原则的。采用条形码（采血管上采用1维条形码，冻存管上采用2维条形码）确保了样本可追述行，保证其能够准确地从现场到中心到存储。鉴于所有的过程均是自动化完成的，所有的附加信息（包括采集和存储的时间、从采集到存储的温度、样本的体积等）均能够追溯到冻存管和个体上。条形码的采用保证了每一份样本均能够关联到其捐献者的12位ID上。LIMS系统中的数据分为两个部分，一部分是现场的数据，一部分是捐献者的数据。对数据的获取是需要经过严格地验证的。

流程自动化与质量保障

样本在中心进行处理是高度自动化的，这增加了每天的入库量、降低了操作上的失误、保证了质量的一致性和可重复性。同时，这也有利于复杂数据的管理。通过采用工业上的操作流程、精密设计、严格操作和控制，所建立的可靠的经济的并留有余量的自动化操作流程能够保证样本库入库工作的顺利进行并确保了了数据的安全。所有的一些努力都是为了后续研究能够获得高质量的样本。因此，所有的操作步奏均经过了质量保障环节，所有有关于操作的数据（如机器型号、工作人员）都与样本相关联。流程中嵌入的检验设备和方法每天都会用来确保没有任何质量问题。例如，每个真空采血管ID的前三位用来指定采血管的种类，这有助于确保采血管的正确采用。条形码的采用还有助于提高大量不同种类样本的处理效率，因为所有的采血管增加条形码后均能够自动的在分装平台上运行，不用人工进行区分。采用自动化的操作流程，能够降低操作上失误（如对样本的操作不规范、对血液样本采用尿液的操作流程或相反），从而将注意力集中在流程处理上，这也有助于样本质量的提高。已经发现有任何的失误，操作流程会自动停止，或通知操作人员来处理。大量的质量保证措施内嵌入操作流程这对于保证样本质量是非常重要的。

样本的长期存储

研究长期保存大量生化分子的文章并不多，大部分都局限于特殊种类的蛋白或小分子。例如，有些文章只研究了细胞因子（只包含了血浆中一部分的分子）的保存条件，这些文章探究了温度（从-70℃的冰箱到-180℃的液氮）对样本质量的影响，有的研究持续长达6年。有一项研究探究了存储温度（从室温到-70℃）与冻融次数在20天内对血浆分子（包括β2M, sIL-2R, neopterin,IFN-γ, sTNF-RII和TNF-α等分子）的影响，指出-70℃是最好的保存温度。一项持续6年的研究表明-70℃与液氮保存对凝血因子、纤维蛋白原和炎症因子等分子的质量没有影响。还有一项持续6年的研究，探讨了-20℃、-40℃、-80℃和-180℃或更低对白蛋白、载脂蛋白A-1、载脂蛋白B、胆固醇、肌酐激酶、肌酐、纤维蛋白原，高密度脂蛋白胆固醇，低密度脂蛋白胆固醇、总蛋白和甘油三酯等分子的影响，指出-20℃和-40℃温度下这些分子可能会降解，-80℃和-180℃或更低的温度下这些分子保持稳定。本库也将会使用大量样本探究各种存储条件对大量分子的保存产生的影响。

招募结束后，本库将存储15000000份1.4ml的冻存管。出于安全方面的考虑（见框1），这些样本将会存储在两个不同库内（这两个库并不在一起）。主库中的样本先被使用，备用库中的样本作为备份（含有DMSO的样本和需要长期保存于-80℃的样本也存储在备用库内）。主库将会容纳9500000份样本，存储于-80℃中，所有的入库和出库均通过自动化的系统来进行。该系统通过液氮将整个系统内部（封闭系统）保持于-80℃温度。样本的出库通道附近的温度是-20℃。只有需要的样本才会被取出系统，其他的样本将会自动放回（因为这些样本并没有离开系统，这就避免了样本的冻融）。所有的操作均是通过外部的操作杆来进行。备用库将会存储5500000份样本在-180℃以下的液氮中。液氮中的样本需要人工来进行入库和出库。液氮存储容器含有温度监控模块，并通过真空管道自动添加液氮。对液氮中样本的所有操作必须按照研究操作流程来进行。其中，操作时间、操作温度和操作人员均必须进行登记并录入LIMS系统中。

讨论

本库制定样本采集、处理和存储方案的原则包括：面向后续研究、质量控制和质量保障、样本安全和经济等。伴随着方案的制定，操作流程、设施设备和技术等方面也进行了发展来确保样本质量。本库采用的方案及操作只是多种选着之一，我们也是在经济与多种方案之间平衡之后才选着的，从而保证500000位捐献者者的样本的质量安全。

样本在现场进行了最低程度的操作，并尽快运送到中心，并保证24小时之内能够入库。大部分的样本在4℃下进行运输，需要进行淋巴细胞培养的样本会在18℃下进行运输。中心化的处理方案能够最大限度的保证质量控制并且经济，但是也会带来一些问题（如在运输过程中一些非常脆弱的分子可能发生改变）。然而有研究表明，这些变化是非常小的。

样本在中心处理后会存储于两个库，主库中的样本存储于-80℃，备用库中的样本存储于-180℃及一下的温度中。主库中选择-80℃是经过大量研究后得出的结论，这个温度下，大量分子包括细胞因子也能够安全的保存。鉴于样本质量的重要性，本库也会进行关于保存中样本质量的研究。出于安全性的考虑（如火灾），备用库并没有与主库建立在一起。备用库采用液氮来存储，存储温度可以达到-180℃一下（这是最低可行的存储温度，尽管还是会有特别脆弱的分子降解）。备用库还保存用于淋巴细胞繁殖的样本。

本库中的样本用来探究各种疾病的危险因素（通过采用小范围的前瞻性病例对照研究或其他研究）。这种小范围的病例对照研究能够最大限度的利用样本，只需回顾性的基线样本库挑选出需要的样本即可。同时，这种研究只需要部分的样本（如几千人或几万人，而不是500000人），这样做经济、减少样本的浪费并能够很好的控制样本质量。在500000人群中，需要多年的发展，收集足够的患病率，才能够获得足够的统计学效应。这份分析策略能够在将来确定需要做的研究后再开始实验，并能且可能的研究策略会更多。当然也在将来的一部分人群中采取样本与现在的样本进行对比，来研究各种中间性疾病，如代谢综合症和高胆固醇等。

在样本处理过程中采用的设备和技术都必须是成熟可靠的，不然的话将会对样本带来巨大的损失。虽然过程中采用了一些新的自动化技术，但是自动化的每一个步奏所需要的技术都是成熟可靠的。所有的消耗品都是现成的标准的并能够自动化的录入LIMS系统中，如1.4ml的冻存管就是非常经济的，并且加入条形码后能够自动化处理的。条形码会多余一些（以防破损），并贴于管身，防止丢失。采用膜封闭技术能够避免手动开盖并降低细菌污染。管子和封膜收拾经过超低温检测的，确保安全。所有的标记都是永久性的并经过校验，确保误读率在5500000分之1一下。

人员的安排完全按照本库的原则来进行。样本库人员每天两班，一周六天，完全按照制定的方案执行所有操作。每一组人员都有一位监管者，负责流程的一部分。他们还负责其流程内的质控控制和保证，并提升其工作水平。我们采用自动化处理并不是要降低人员数量。自动化用来提高样本入库量、保证样本质量并确保样本信息可追踪；人员保证流程的合理性并在自动化出现问题或发现质量问题时人工处理。

从2007年4月到2007年11月，我们共招募志愿者37000人，处理了180560份血液和36250分尿液样本，共收录样本971445份。每份样本的平均处理时间（从采集到入库）是22.75小时（SD=2.88）。整个过程中，处理和入库流程没有发生任何问题，并且说有的实验室均保证能够按时的完成处理任务。尽管目前每天的入库量已经达到最大入库量的70%，实验室依然能够保证按时按量的进行处理如何操作。

总之，本库制定的样本采集、处理和存储方案能够在有限的经费下保证研究计划顺利的进行。当然还有其他的解决方案。其他项目应该按照本身计划的目的、样本量和研究设计来构建自己的方案。我们也非常欢迎其他项目能采用我们制定的方案。

作者：Elliott P et al 【Imperial College London, UK】

编译：杨宗泽【四川大学华西医院】

校审：胡迅【四川大学华西医院】

原文：【17026】

The UK Biobank sample handling and storage protocol for the collection, processing and archiving of human blood and urine. Int J Epidemiol. 2008 Apr;37(2):234-44. doi: 10.1093/ije/dym276.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18381398