Moderne Biobanken Teil 1:

Entscheidende Ressource der biomedizinischen Forschung

  • Abb. 1: Unterschiedlichstes Körpermaterial wie Gewebe, DNA, Urin oder Serum wird in Biobanken aufbewahrt. Diese Materialien werden entweder bei -80 Grad Celsius oder bei ca. -165 Grad Celsius in der Gasphase flüssigen Stickstoffs gelagert.Abb. 1: Unterschiedlichstes Körpermaterial wie Gewebe, DNA, Urin oder Serum wird in Biobanken aufbewahrt. Diese Materialien werden entweder bei -80 Grad Celsius oder bei ca. -165 Grad Celsius in der Gasphase flüssigen Stickstoffs gelagert.
  • Abb. 1: Unterschiedlichstes Körpermaterial wie Gewebe, DNA, Urin oder Serum wird in Biobanken aufbewahrt. Diese Materialien werden entweder bei -80 Grad Celsius oder bei ca. -165 Grad Celsius in der Gasphase flüssigen Stickstoffs gelagert.
  • Abb. 2: In Biobanken helfen Roboter bei der Verarbeitung sowie bei der Ein- und Auslagerung von Biomaterialproben.
  • Abb. 3: Moderne Biobanken verfügen über vollkommen automatisierte Tiefkühleinheiten, in denen Bioproben in der Regel bei -80 Grad Celsius lagern und rund um die Uhr überwacht werden.
Für die Therapie von Krebserkrankungen gibt es kein Allheilmittel. Denn sowohl zwischen verschiedenen Krebserkrankungen als auch innerhalb einzelner Krebsarten bestehen große molekulare Unterschiede. Hier setzt die sogenannte Präzisionsmedizin an: Individuelle Tumor-assoziierte Veränderungen bei den jeweiligen Patienten dienen als therapeutische Angriffspunkte - mit wachsendem Erfolg bei immer mehr Krebserkrankungen [1]. Wissenschaftler führen genomische Hochdurchsatz-Untersuchungen aber auch bei gesunden Menschen durch, um Risikofaktoren zu identifizieren, die den Ausbruch einer Krankheit wahrscheinlich werden lassen. In solch einem Fall können präventive Maßnahmen vor der Erkrankung schützen bzw. die Erfolgsaussichten einer Behandlung in frühem Krankheitsstadium erhöhen. Für neue Erkenntnisse im Bereich der Präzisionsmedizin und die Entwicklung innovativer Diagnostika gewinnen Biobanken für die Forschung zunehmend an Bedeutung [2].
 
Was sind Biobanken?
Biobanken sammeln, verarbeiten und lagern Blut, Gewebe und anderes Körpermaterial und stellen diese Biomaterialien zusammen mit den medizinischen Informationen eines Spenders unter rechtlich und ethisch klar geregelten Bedingungen für die medizinische Forschung zur Verfügung. Moderne Biobanken haben mit reinen „Kühlschranklagern“ wenig gemein – heute gibt es an den meisten Universitätskliniken Deutschlands zentralisierte Biobanken, die nach höchsten wissenschaftlichen Standards arbeiten. In solchen Biobanken werden nahezu alle relevanten Biomaterialsammlungen einer Klinik an einem Ort zusammengefasst. Nur Einrichtungen, die den hohen Anforderungen an die Qualität der Biomaterialien und der damit verbundenen klinischen und persönlichen Daten entsprechen, können langfristig als Partner in der biomedizinischen Forschung erfolgreich sein. Denn für eine Reproduzierbarkeit der Forschungsergebnisse ist die Qualität der verwendeten Bioproben entscheidend [3].
Natürliche Killerzellen gegen Krebs – Forschung mit Biobanken
Es gibt viele Beispiele dafür, wie Biobanken durch ihre Arbeit die Entwicklung der Präzisionsmedizin erfolgreich unterstützen.

Das folgende Beispiel für die Krebsforschung lässt sich auf zahlreiche andere Erkrankungen übertragen.

Am Universitätsklinikum Heidelberg wird seit vielen Jahren im Bereich der Krebsmedizin geforscht: beispielsweise an „natürlichen Killerzellen“, die in der Lage sind, Tumorzellen innerhalb weniger Minuten zu töten. Die Biobank des Nationalen Tumorzentrums in Heidelberg spielt für diese Forschung eine wichtige Rolle, denn sie stellt geeignetes qualitätsgesichertes Gewebematerial zur Verfügung, welches eine ausreichende Menge an Krebszellen enthält. Auf der Suche nach einem wirksamen Mittel im Kampf gegen den Krebs konnte in natürlichen Killerzellen das Protein HMGB1 entdeckt werden. Dieses legt einen Mechanismus der Energiegewinnung lahm, der in der Regel von Tumorzellen (aber nicht von gesunden Körperzellen) genutzt wird. Das Protein unterbricht einen wichtigen Stoffwechselweg, über den Tumorzellen den Zucker Glucose abbauen und Energie gewinnen, und kann daher als neuer Wirkstoff gegen den Krebs eingesetzt werden [4].
 
Netzwerke in Deutschland
Erfolgreiche Beispiele wie dieses zeigen, wie Biobanken maßgeblich am Fortschritt von Medizin und Wissenschaft beteiligt sind. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat daher in den letzten Jahren den Aufbau und die Vernetzung von Biobanken an deutschen Universitätskliniken gefördert. Mit dem German Biobank Node (GBN) [5] wurde 2014 eine nationale Koordinierungsstelle ins Leben gerufen, die Kompetenzen für Biobanking in Deutschland bündelt und die Vernetzung der Biobanken untereinander steuert. Unter dem Dach von GBN arbeiten wiederum elf BMBF-geförderte Biobankstandorte und zwei IT-Entwicklungszentren in der German Biobank Alliance (GBA) zusammen, um die Biomaterialien verschiedener Biobanken national und international für die biomedizinische Forschung verfügbar zu machen. Die erste Version eines Online-Tools, das eine Suche nach Biomaterialien und Daten in den Biobanken der GBA Standort-übergreifend erlaubt, steht bereits zur Verfügung. Darüber hinaus etablieren die GBA-Biobanken einheitliche Standards für die Sammlung, Aufbewahrung und Analyse von Proben und assoziierten Daten. Die im August 2018 neu veröffentlichte ISO-Norm 20387 hat im Bereich des Qualitätsmanagements Maßstäbe gesetzt – es handelt sich dabei um die erste ISO-Norm speziell für das Biobanking. Eine Austauschplattform für Biobanken auf nationaler Ebene bietet die Arbeitsgruppe Biomaterialbanken der TMF (Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung e. V.) [6].
Die Bedeutung von Biobank-Netzwerken wird in Zukunft weiter zunehmen, da es nur im Verbund gelingen kann, ausreichend große Probenkollektive entsprechender Qualität inklusive umfangreicher Daten für Forschungsprojekte zusammenzustellen. Dies gilt insbesondere aufgrund der rapide zunehmenden molekularen Subtypisierung nahezu jeder Erkrankung. So lässt sich Lungenkrebs, der bis vor wenigen Jahren als eine einzige Erkrankung angesehen wurde, in zahlreiche therapierelevante molekulare Untergruppen aufteilen. Teilweise umfassen diese Untergruppen weniger als ein Prozent aller betroffenen Patienten und zählen damit bereits zu den seltenen Erkrankungen.
 
BBMRI-ERIC: Europäische Forschungsinfrastruktur
Die pan-europäische Forschungsinfrastruktur nationaler Biobank-Netzwerke BBMRI-ERIC („Biobanking and Biomolecular Resources Research Infrastructure – European Research Infrastructure Consortium“) [7] unterstützt den Zugang zu Biomaterialien und Daten, entwickelt Werkzeuge für die Sicherstellung der Qualität von Proben und Daten und bildet die Schnittstelle zu anderen europäischen Forschungsinfrastrukturen. Auf europäischer Ebene hat der German Biobank Node (GBN) die Aufgabe, deutsche Interessen zu vertreten und die europäische Zusammenarbeit im Rahmen von BBMRI-ERIC mitzugestalten. Damit sind die deutschen Biobanken über GBN maßgeblich an der Erarbeitung von europäischen Qualitätskriterien, dem Diskurs um ethische und rechtliche Rahmenbedingungen sowie am Aufbau eines Biobanken-IT-Netzwerkes beteiligt, das zukünftig auch über europäische Grenzen hinweg eine Biobank-übergreifende Recherche nach Biomaterialien und deren Daten ermöglichen wird [8].
 
Das Directory von BBMRI-ERIC: Biobanken im Katalog
Um die Sichtbarkeit von Biobanken und ihren Sammlungen zu erhöhen, sind zentrale Biobankkataloge sehr hilfreich. Das von BBMRI-ERIC angebotene Verzeichnis („Directory“) [9] wurde in den letzten Jahren stetig weitentwickelt und ist mittlerweile fest etabliert. Es ermöglicht einen Überblick über bestehende Sammlungen und erleichtert den Probenzugang in den biomedizinischen Einrichtungen durch eine Software-gestützte Kommunikation zwischen Biobanken und anfragenden Forschern [10]. Auch schafft ein solches Register für Patienten und Probanden klinischer Studien Transparenz und hilft dabei, die Bereitschaft zur Teilnahme an Studien zu erhöhen [11].
 
Ausblick
Durch die sowohl nationale als auch internationale Vernetzung von Biobanken gelingt es, Forschern umfangreiche, multizentrische Probensammlungen mit klinischen Daten zur Verfügung zu stellen. Weltweit wird dies einen enormen Wissenszuwachs und neue Therapiemöglichkeiten für eine Vielzahl von Krankheiten ermöglichen.
Erfahren Sie im zweiten Teil der Artikelserie mehr über die Zukunft des Biobankings.
 
 
Autoren

Michael Hummel2, Cornelia Specht2, Esther Herpel1,2, Verena Huth2

Zugehörigkeiten

1Biobank des Nationalen Tumorzentrums (NCT), Universitätsklinikum Heidelberg
2German Biobank Node (GBN), Charité – Universitätsmedizin Berlin

 

Kontakt
Prof. Dr. Michael Hummel
German Biobank Node (GBN)
Charité – Universitätsmedizin Berlin
michael.hummel@charite.de
www.bbmri.de

 

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Literatur

[1] Dietel M, Jöhrens K, Laffert M, Hummel M, Bläker H, Müller BM, Lehmann A, Denkert C, Heppner FL, Koch A, Sers C, Anagnostopoulos I (2013) Predictive molecular pathology and its role in targeted cancer therapy: a review focussing on clinical relevance. Cancer Gene Ther 20(4):211–221. DOI: 10.1038/cgt.2013.13
[2] Australian Pancreatic Cancer Genome Initiative, ICGC Breast Cancer Consortium, ICGC MMML-Seq Consortium, ICGC PedBrain, Zucman-Rossi J, Futreal PA, McDermott U, Lichter P, Meyerson M, Grimmond SM, Siebert R, Campo E, Shibata T, Pfister SM, Campbell PJ, Stratton MR (2013) Signatures of mutational processes in human cancer. Nature 500(7463):415–421. DOI: 10.1038/nature12477
[3] Begley CG, Ellis LM (2012) Drug development: raise standards for preclinical cancer research. Nature 483(7391):531–533. DOI: 10.1038/483531a sowie: Prinz F, Schlange T, Asadullah K (2011) Believe it or not: how much can we rely on published data on potential drug targets? Nature Rev Drug Discov 10:712–713. DOI: 10.1038/nrd3439-c1
[4] Gdynia G, Sauer SW, Kopitz J, Fuchs D, Duglova K, Ruppert T, Miller M, Pahl J, Cerwenka A, Enders M, Mairbäurl H, Kamiński MM, Penzel R, Zhang C, Fuller JC, Wade RC, Benner A, Chang-Claude J, Brenner H, Hoffmeister M, Zentgraf H, Schirmacher P, Roth W (2016) The HMGB1 protein induces a metabolic type of tumour cell death by blocking aerobic respiration. Nat Commun. 7:10764. DOI: 10.1038/ncomms10764 sowie: Cerwenka A, Kopitz J, Schirmacher P, Roth W, Gdynia G (2016) HMGB1: the metabolic weapon in the arsenal of NK cells. Mol Cell Oncol. 3(4):e1175538. DOI: 10.1080/23723556.2016.1175538,
[5] German Biobank Node (GBN); http://bbmri.de
[6] AG BMB der TMF e.V.; http://www.tmf-ev.de/Arbeitsgruppen_Foren/AGBMB.aspx
[7] BBMRI-ERIC; http://bbmri-eric.eu
[8] BBMRI-ERCI Common Service IT; http://www.bbmri-eric.eu/BBMRI-ERIC/common-service-it/
[9] BBMRI-ERIC Directory; https://directory.bbmri-eric.eu/menu/main/app-molgenis-app-biobank-explorer/biobankexplorer
[10] https://negotiator.bbmri-eric.eu/login.xhtml
[11] TMF (2014) Biobanking 3.0: Transparenz, Akzeptanz und Unterstützung von Biobanken in der Öffentlichkeit verstärkt im Fokus. http://www.tmf-ev.de/News/articleType/ArticleView/articleId/1654.aspx

Teil 2: Vernetzt ins digitale Zeitalter

Litertur - Teil 2

[1] German Biobank Node (GBN); http://bbmri.de
[2] TMF – Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung e.V.; http://www.tmf-ev.de/
[3] BBMRI-ERIC; http://bbmri-eric.eu
[4] ESBB – European Society for Biopreservation and Biobanking; https://esbb.org/
[5] Kiehntopf M, Böer K (2008) Biomaterialbanken – Checkliste zur Qualitätssicherung. Medizinisch Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft. ISBN 978-3-939069-56-0
[6] Begley CG, Ellis LM (2012) Drug development: raise standards for preclinical cancer research. Nature 483(7391):531–533. DOI: 10.1038/483531a sowie: Prinz F, Schlange T, Asadullah K (2011) Believe it or not: how much can we rely on published data on potential drug targets? Nature Rev Drug Discov 10:712–713. DOI: 10.1038/nrd3439-c1
[7] Herpel E, Schmitt S, Kiehntopf M. Quality of biomaterials in liquid- and tissue-biobanking. Bundesgesundheitsbl. 2016;59:325–335.
[8] ISO 20387:2018-08 Biotechnologie – Biobanking – Allgemeine Anforderungen an das Biobanking; https://www.beuth.de/de/norm/iso-20387/294424968
[9] Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): Rahmenprogramm Gesundheitsforschung der Bundesregierung. 2018. S.26.

 

Kontaktieren

German Biobank Node (GBN)


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