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上海原能生物展示最新一代全自動深低溫生物樣本存儲設備

科技日報 | 2021-04-28 09:29:17

在近日舉行的“第八屆中國(上海)國際技術進出口交易會”上,上海原能細胞生物低溫設備有限公司(以下簡稱原能生物)展示了最新一代全自動深低溫生物樣本存儲設備,及其與5G-loT、數字孿生等技術的創新融合成果。未來只需一部手機,客戶即能實時查看生物樣本存儲信息。這種生物樣本存儲的服務新模式,將真正實現生物樣本庫的智能、安全、高效運營,讓生物樣本更安全。

生物樣本資源被視為生物醫藥產業的發展基石,也是國家生物安全戰略的重要組成部分。隨著《中華人民共和國生物安全法》的正式施行,生物樣本資源的重要性愈發凸顯。如何安全、長期、有效地保存這些珍貴的生物資源,也成了亟待解決的重要問題。

生物樣本資源涵蓋范圍廣

“生物樣本涵蓋的范圍比較廣,比如植物組織的花、葉、莖、根和種子,健康和患有疾病的人或動物的細胞、組織和器官,也包括DNA、RNA、蛋白等生物大分子物質以及各種微生物。”南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室研究員帥領介紹,生物樣本被保存在生物樣本庫即“生物銀行”中,可以用于疾病的臨床治療、生命科學的研究以及物種資源的保存等。

生物樣本庫是融合生物樣本實體、生物分子信息以及樣本表型數據的綜合資源,對于開展人類疾病的預測、診斷以及治療研究具有不可替代的重要作用。

醫生們將患者臨床診療過程中所產生的組織、血液、尿液等,如手術切除的腫瘤組織,或者患者的血液樣本等生物樣本保留下來,通過觀察和各種檢測手段,從樣本中找到共性,從而摸索出疾病的產生原因以及發展過程,最終尋找到可靠的治療方法。

“這種生物樣本庫為血液病、免疫系統疾病、糖尿病、惡性腫瘤等重大疾病的研究起到了非常重要的推動作用。”帥領說。

除了臨床研究外,生物樣本庫還會直接用于臨床治療中。比如我們熟悉的臍血干細胞庫,將胎兒的臍帶血保留下來,以備患血液疾病的時候,將臍血中的干細胞復蘇并回輸給患者,從而達到治療疾病的目的。

此外,在物種資源保護方面,生物樣本存儲的意義也同樣重大。以種質庫為例,目前,我國高等植物中瀕危和受威脅的種類已高達4000至5000種,約占總種數的15%—20%。通過種質庫,部分物種的安全得到保障,也使我國野生生物種質資源快速高效研究利用成為可能。種質庫在作物改良和創新、新作物篩選、生態恢復和野外回歸方面都發揮了巨大作用。

技術創新讓樣本管理更智能

生物樣本資源的迫切需求與日俱增,對生物樣本存儲的數量和質量也提出了更高的要求。特別是在醫學研究發展到組學、系統分子醫學層面的今天,生物樣本量已累積到天文數字,以往粗放式的生物樣本庫,已經不能滿足日益增長的需要。

“在很多醫院、研究機構,還使用很‘原始’的生物樣本保存技術。”原能細胞科技集團副總裁兼市場總監韋嘉介紹,傳統的生物樣本存儲模式,不但存儲設備的自動化、智能化程度不高,且操作標準不一,存在樣本保存不當、丟失出錯、無法信息化管理、人工低效等問題。

之前市面上僅有的生物樣本自動化存儲設備被國外品牌壟斷,一套設備動輒百萬歐元,價格昂貴。“為此我們100多人的技術研發團隊決定自己動手,攻關研制擁有自主知識產權的國產設備。”韋嘉說。

原能生物以保障“生物樣本安全”為出發點,創新性提出“全流程深低溫冷鏈保護”“蜂巢式獨立單元存儲”“單支存取”“5G-loT遠程智慧樣本庫管理”“無人值守樣本庫”等先進理念,打造新一代生物樣本庫需求的自動化產品,讓生物樣本更安全。

其中,旗艦產品BSN系列全自動深低溫生物樣本存儲設備,采用獨創專利的蜂巢式存儲結構,可為樣本提供-196℃氣相液氮的無氧存儲環境,能夠有效保障樣本的安全和質量。

“這款設備的核心存儲區,由特制工程材質打造,因此可以防輻射、避光。”韋嘉介紹,蜂巢式獨立單元的設計,在避免干擾的同時,可在存儲樣本時形成煙囪效應,冷氣流方向從下往上,保持內部氣流穩定,杜絕濕氣進入,因此可避免結霜,實現無氧儲存,且蓄冷均衡。

“新一代生物樣本庫還采用領先的自動化、智能化存儲設備,實現對樣本的全流程深低溫保護、無氧存儲、存取各環節數據記錄完整可追溯等。”韋嘉介紹,該生物樣本庫融入5G-loT技術,鏈接庫內各類設備,實現數據互通,保障樣本庫數據安全、人員安全,讓樣本管理更智能。

“比如我們應用了人工智能數字孿生技術,通過把機器數據放入數據模型進行模擬計算,可以進行預測性維護,以確保機器長時間保持良好的運行狀態。”韋嘉介紹。

目前,原能生物已累計申請國內外專利近300余項,軟件著作權近30項,技術領先世界。相關設備已出口到美國、日本,實現了國際賽道的“彎道超車”,真正做到了自動化低溫存儲裝備領域的自主可控。

樣本數據可直接對接科研機構

“隨著精準醫學與遺傳學研究的快速發展,生物樣本庫成為鑒定多種疾病及發病機制的重要基礎。”帥領介紹,生物樣本庫的信息量非常巨大,它不僅包含樣本的收集,也包含樣本相關生物體或人體數據的采集和隨訪。因此在精準醫療方面的研究,生物樣本庫能發揮重大作用。

生物樣本庫在代謝組學中也應用廣泛。最常見的人體代謝物是尿液,尿液相對于血液樣本收集更加方便易行。2013年的流行病學調查顯示,我國成人糖尿病患病率為10.9%,糖尿病前期患病率為35.7%,據此推算,目前我國糖尿病患者已達14831萬。利用我國豐富的糖尿病樣本資源,結合定量蛋白質組技術以及對尿液的代謝組學進行分析檢測,有助于糖尿病早期發病的預測和臨床診斷,可提高我國代謝性疾病的臨床診治水平。

此外,生物樣本庫在藥物研發行業也被廣泛應用。新藥研發領域有一個很大的障礙,就是生物樣本的來源需要檢驗,既耗時耗力,又需要投入很多金錢。有了包含各種信息的生物樣本庫,新藥研發的效率就會得到明顯提高。

“可以說,具有完整臨床信息的高質量生物樣本庫是21世紀進入個體化醫療時代的關鍵,是進行生命科學系統研究的基礎。”帥領表示,利用生物樣本庫平臺可以有效提高臨床研究的準確性,也可以將我國豐富的臨床患者樣本資源利用起來,通過臨床研究轉化為臨床醫療手段,造福人類。

  • 標簽:全自動深低溫生物,樣本存儲

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