DOI: http://dx.doi.org/10.18273/revsal.v48n1-2016011
Biobanco: Herramienta fundamental
para la investigación biomédica actual
Norma Serrano-Díaz1,2, María C. Páez-Leal2, María L. Luna-González2, Elizabeth Guío-Mahecha1
1. Fundación Cardiovascular de Colombia FCV. Floridablanca. Colombia.
2. Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB. Bucaramanga. Colombia
Correspondencia: Norma C. Serrano Díaz. Dirección: Calle 155A No. 23-58. Correo electrónico: normaserrano@fcv.org.
Teléfono: +57 6396767 Ext: 214
Material suplementario: Elizabeth Guío Mahecha. Dirección: Calle 155A No. 23-58. Correo electrónico: elizabethguio@fcv.org.
Teléfono: +57 6796470 Ext: 4443
Recibido: Noviembre 2 de 2015 Aprobado: Diciembre 21 de 2015
Forma de citar: Serrano-Díaz N, Páez-Leal MC, Luna-González ML, Guío-Mahecha E. Biobanco: Herramienta fundamental para la investigación biomédica actual. Rev Univ Ind Santander Salud. 2016; 48(2): 97-117.
RESUMEN
La investigación biomédica enfocada a la preservación de la salud y manejo de la enfermedad requiere hoy del trabajo articulado bidireccional entre básicos y clínicos, lo cual ha generado una nueva tendencia, denominada investigación traslacional. Este tipo de investigación se fundamenta en poder brindar una atención en salud oportuna, pertinente, eficaz y personalizada, para lo cual se requieren muestras biológicas e información clínica asociada, garantizando a su vez seguridad, calidad y confidencialidad para los donantes. Promover la investigación traslacional y la aplicación de los avances del conocimiento y de la tecnología derivados de la investigación y la innovación, requiere del apoyo de infraestructuras de fácil acceso que faciliten la rápida demostración experimental de una hipótesis o la comprobación de un modelo simulado previamente. Dentro de las diversas plataformas biomédicas y de salud existentes, los Biobancos, en sus diferentes modalidades, se constituyen en una de las más atractivas plataformas a la hora de contribuir a establecer puentes entre la investigación básica y clínica, con la práctica asistencial. La necesidad de contar con muestras biológicas humanas de alta calidad y, al mismo tiempo, la obligación de preservar los derechos de los donantes, ha elevado la gestión de los Biobancos a la categoría de disciplina científico-técnica, con una complejidad particular que involucra múltiples aspectos entre los cuales se incluyen aspectos científicos, técnicos, éticos, jurídicos y sociales. Esta serie de artículos, que serán publicados en los diferentes números de la revista durante el 2016, tienen como objetivo hacer una revisión crítica de los aspectos más relevantes en torno a la gestión de los Biobancos con fines de investigación y proponer una serie de guías de manejo del material biológico humano a conservar las cuales se han desarrollado en el marco del Programa Cardiecol.
Palabras clave: Biobanco. Medicina Traslacional, Datos Clínicos Electrónicos, Muestras Biológicas.
Biobanks: critical tool for today's biomedical research
ABSTRACT
Biomedical research aimed at the preservation of health and disease management requires nowadays a bidirectional and articulated collaboration between basic and clinical work, which has generated a new trend called translational research. This type of research is based on the ability to provide timely, relevant, effective and personalized healthcare, for which biological samples, and associated clinical information are required, while ensuring safety, quality and confidentiality for donors. In order to promote translational research and the application of the advances in knowledge and technology from research and innovation, the support of accessible infrastructure is required to facilitate the rapid experimental demonstration of an hypothesis or testing a previously simulated model. Among the diverse biomedical and healthcare existing platforms, the Biobanks, in their various forms constitute one of the most attractive platforms contributing to establish bridges between the basic and clinical research with the clinical practice. The need for human biological samples of high quality, and at the same time, the obligation to preserve the rights of donors, has raised the Biobanks' management to the scientific and technical category, with the added particular complexity of involving multiple aspects including scientific, ethical, legal, and social factors. This series of articles that will be published in different issues of the magazine in 2016, aims to make a critical review of the most relevant aspects regarding the management of Biobanks for research, and to propose a series of guidelines for the management of human biological material as developed by the program Cardiecol.
Keywords: Biobank, Translational Medicine, Electronic Medical Records, Biological Specimen.
INTRODUCCIÓN
En el siglo pasado, los grandes avances de la medicina se enfocaron a la introducción de la vacunación masiva y la generación de antibióticos más eficaces, esto junto con el abastecimiento de agua potable, llevó a una enorme reducción de las enfermedades infecciosas a nivel global, logrando disminuir la mortalidad infantil e incrementando la esperanza de vida. Estos avances no habrían sido posibles sin el respaldo de la investigación básica de alta calidad. Hoy, la investigación biomédica continúa evolucionando a una velocidad exponencial, jalonada principalmente por el avance en ciencias computacionales y disciplinas moleculares, como la genómica y la proteómica, quienes en un trabajo articulado están generando una prometedora corriente en salud: la medicina personalizada. Con el fin de tener éxito en este campo extremadamente complejo, se tiene la necesidad urgente de desarrollar diagnósticos moleculares asequibles y marcadores de pronóstico con alta sensibilidad y especificidad para aquellas patologías que afectan, principalmente, la longevidad y la calidad de vida a largo plazo. El desafío actual es cambiar el paradigma de "Seek and Destroy" (buscar y destruir), estrategia que a menudo puede ser tardía para el paciente, a una estrategia más proactiva de "búsqueda temprana y prevenir o controlar con precisión"1.
La medicina personalizada se encuentra fuertemente ligada a la investigación traslacional, entendida como "la traducción efectiva de los nuevos conocimientos, mecanismos y técnicas, generada por los avances en la investigación científica básica, en nuevos enfoques para la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades"2. El primer aspecto de la investigación traslacional consiste en la transferencia del conocimiento generado en el laboratorio sobre los mecanismos involucrados en las enfermedades, para el desarrollo de nuevas moléculas, métodos o dispositivos adecuados para su uso en humanos. La segunda parte consiste en probar la molécula en sujetos humanos y traducción de los resultados de estos estudios a procesos estandarizados en la práctica clínica y en la toma de decisiones de salud3. La investigación traslacional también puede ser inversa; partiendo del entendimiento adquirido por observaciones en un grupo de pacientes, se generan nuevas hipótesis para ser comprobadas en el laboratorio de investigación. La investigación traslacional requiere para su adecuado desarrollo que los investigadores en ciencias básicas tengan acceso a la "persona enferma", por medio de los investigadores clínicos, de una manera coordinada y bien caracterizada. Esto significa acceso a información clínica pertinente asociada a material biológico del paciente (fluidos corporales y/o tejidos), en un entorno informático seguro que permita la codificación anónima del paciente individual3.
En la misma vía, la biomedicina es hoy una "ciencia a gran escala" (big science), y como tal requiere de grandes tamaños de muestras biológicas asociados a datos clínicos electrónicos del individuo, sumado a la necesidad permanente de legitimarse para obtener apoyo social, político y económico. La sociedad necesita investigación, pero la investigación también necesita de la sociedad; y no sólo reconocimiento y financiación, sino también confianza y cooperación por parte de los sujetos, sanos y enfermos, que estén dispuestos a tomar parte en un estudio o ensayo clínico, o a donar muestras biológicas para ser usadas en proyectos de investigación futuros bajo la aprobación de los comités de ética debidamente acreditados, sin necesidad de recontactar al paciente/donante. Estos retos que impone la investigación biomédica actual, tienen como punto clave la necesidad de muestras biológicas de alta calidad, en número suficiente, asociadas a datos pertinentes de los donante, conservadas en un entorno donde se asegure la protección de los derechos de los donantes. Como respuesta a estos nuevos retos, han surgido los biobancos (bancos de muestras biológicas), con el fin de ayudar a los investigadores en su labor, proporcionándoles muestras en condiciones adecuadas de seguridad y calidad4,5. Si bien, la recolección y almacenamiento de material biológico humano con fines de investigación es una actividad de edad, hoy, los biobancos se configuran como una nueva disciplina, en permanente evolución de acuerdo con el desarrollo permanente de nuevas técnicas y nuevos objetivos científicos. Para cumplir los requisitos actuales de los biobancos, la comunidad científica tiene que asumir desafíos esenciales, incluyendo un diseño apropiado, procedimientos de calidad, armonización de muestras y la sostenibilidad, todos ellos en un marco ético, legal y de dimensiones sociales.
Definición, un concepto heterogéneo
En la actualidad los biobancos empiezan a ser regulados por directrices de carácter nacional e internacional dando lugar a diferentes definiciones de los mismos. La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), define los biobancos como, recursos estructurados que pueden ser utilizados con el propósito de investigación genética y que incluyen: (i) material biológico humano y/o información que se genera a partir del análisis del mismo; y (ii) una amplia información asociada6. El Consejo de Gobierno y de Ética del biobanco de Reino Unido han manifestado que una definición más sólida podría ser: colecciones de datos, además de muestras biológicas, desarrolladas específicamente como recursos para la investigación7. La Ley de Investigación Biomédica (LIBM), los define como establecimientos públicos o privados, sin ánimo de lucro, que acogen una colección de muestras biológicas concebidas con fines diagnósticos o de investigación biomédica y organizados como unidades técnicas con criterios de calidad, orden y destino8.
Un reciente estudio, sobre el concepto de biobanco, entrevistando a 36 actores con experiencia internacional y que trabajan actualmente en Suiza, concluyó que no hay acuerdo generalizado sobre la definición9. Esto puede tener implicaciones importantes, cuando se hace necesario el intercambio y la cooperación entre los biobancos, dado que se debe contar con una regulación común para la utilización de muestras biológicas. Por lo anterior, si un investigador cree que su colección no es un biobanco, es poco probable que responda a una comunicación local, nacional o internacional, relativa a los biobancos o redes de biobancos. Por lo tanto, estos investigadores tendrían menor opción de compartir muestras con otros biobancos o solicitar muestras para compartir con ellos. En la misma vía, sí un investigador no cree que tiene a su cargo un biobanco, no va a contemplar ningún tipo de norma o regulación pertinente que le aplique. Esto significaría que el uso de sus muestras no podría ser regulada correctamente, corriendo el riesgo de estar almacenando muestras de mala calidad que pudieran llevar a resultados espurios en investigación. De la amplia gama de definiciones encontradas en la literatura, un elemento común entre ellas es, muestras biológicas asociadas a datos demográficos y clínicos, para uso en investigaciones futuras. El tamaño de la colección no es un aspecto importante para la definición. Por lo anterior, una definición sencilla podría ser "Un biobanco es cualquier colección de muestras biológicas humanas con datos vinculados que serán utilizadas con fines de investigación"9.
Por otro lado, las muestras biológicas de origen humano que vayan a ser destinadas a investigación biomédica podrán ser almacenadas en un biobanco o conservadas como colección para fines de investigación biomédica fuera del ámbito organizativo de un biobanco o bien mantenerse por un tiempo limitado para su utilización en un proyecto de investigación concreto. Por lo anterior, vale la pena diferenciar los siguientes conceptos, aunque no exista consenso definitivo al respecto:
Por otro lado, los biobancos se desarrollan de manera general, en torno a una pregunta de investigación, a partir de la cual se derivan estrategias y demandas específicas sobre la calidad y los datos asociados a la misma, con lo cual el concepto de biobanco, a partir de su alcance, se torna muy heterogéneo. A manera de resumen, se pueden establecer tres tipos de biobancos, con base en su alcance:
La principal característica diferencial de los biobancos, tal como se entienden actualmente, respecto al concepto clásico de colección de muestras y datos asociados (colección de un grupo de investigación, colección institucional o colección privada), es su compromiso con la cesión de las muestras y la información asociada a las mismas, a los grupos de investigación de una forma abierta, transparente y generosa, en beneficio de la Ciencia y, por encima de todo, del paciente. Este rasgo diferencial queda recogido de forma inequívoca en la definición actual de biobanco elaborada por la OCDE como un Centro de Recursos Biológicos o Biological Resource Centre13.
Antecedentes Históricos
Los biobancos a gran escala se han convertido en un recurso de datos importante para la investigación biomédica. Regiones de todo el mundo han realizado grandes esfuerzos e inversiones en la creación de estas plataformas de investigación, tal es el caso de Reino Unido, Quebec, Suecia, Islandia, Dinamarca y Finlandia14. El biobanco más antiguo corresponde al Estudio Framingham del Corazón (FHS), financiado por el Instituto Nacional de Salud - Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre (NIH-NHLBI), el cual empezó a funcionar en 1948 y recoge muestras de sangre y datos relacionados con el donante. Un total de 5.209 personas en un rango de edad entre 30 y 62 años de Framingham, Massachusett participaron en este estudio, y se contactó a tres generaciones de los contribuyentes, para un total de 15.000 participantes. Sobre esta cohorte se empezó a realizar exámenes clínicos y aplicar entrevistas relacionadas con el estilo de vida, con el objetivo de identificar factores de riesgo convencionales relacionados con el desarrollo de enfermedades cardiovasculares (ECV). FHS ha logrado identificar los principales factores de riesgo para ECV, tales como, incremento de la presión arterial, aumento del colesterol, tabaquismo, obesidad, edad, entre otros15.
A partir de una serie de conocimientos generados a finales de 1990, se empezó a comprender que la mayoría de enfermedades complejas, con alta prevalencia a nivel mundial, como las ECV, tenían un componente genético de predisposición causado por múltiples genes en dosis pequeñas. Los modestos efectos de los factores genéticos en las enfermedades complejas apoya la necesidad de realizar estudios a gran escala a partir de material biológico humano de alta calidad, asociado con los datos clínicos detallados, para detectar de forma adecuada estos efectos discretos. Lo anterior, sumado a los resultados del Proyecto del Genoma Humano (PGH), el cual se inició en 1990 y culminó en el 2003, introdujo la necesidad de crear biobancos de datos genéticos para proporcionar a los investigadores la oportunidad de estudiar las colecciones de material biológico humano en conjunto con datos clínicos y demográficos relacionadas con el estado de salud-enfermedad16.
Muchos países, incluido Estados Unidos (EE.UU), Japón, Corea y países de Europa han establecido biobancos a gran escala para recoger una gran cantidad de muestras de pacientes, en promedio, con más de 200.000 personas incluidas, con base en su población y/o orientados a grupos de enfermedades. Los 6 primeros países, con los biobancos más grandes de datos genéticos a gran escala son: Reino Unido (n = 15), Estados Unidos (n = 14), Suecia (n = 12), Francia (n = 9), Países Bajos (n = 8), e Italia (n = 8). El 60% de los biobancos de datos genéticos en el mundo se encuentran en Europa. El 60% de los patrocinadores para los biobancos son institutos gubernamentales o nacionales, y solo entre el 16% a 17% de los biobancos son patrocinados por corporaciones sin fines de lucro, universidades y hospitales17.
En 2005, el Biobanco del Reino Unido (UK Biobank), comenzó a recoger muestras para extraer ADN con información personal vinculada de 500.000 voluntarios con edades comprendidas entre 45 y 69 años. El propósito principal del UK Biobank es la búsqueda de la relación entre la enfermedad, el estilo de vida, y los genes, así como, identificar los factores de riesgo que afectan la respuesta individual al tratamiento con un fármaco específico. El UK Biobank recolectó muestras biológicas de 500.000 personas entre 2006 y 2010 y terminado este proceso, a partir del 2012 empezó a proveer de material biológico a los investigadores que las requerían18.
En los EE.UU, para el 2008 se estimó que más de 270 millones de muestras biológicas habían sido almacenadas, continuando la captación con un ritmo de expansión de aproximadamente 20 millones de muestras por año19. En 2009, la revista Time eligió a los bancos biológicos como una de las 10 ideas "que están cambiando al mundo"20. En la misma vía, el Visiongain, un portal líder de información de negocios, con sede en Londres, Reino Unido, predice que el mercado mundial de los biobancos en la medicina humana generará $ US 24,4 mil millones en 2017 y una fuerte expansión hasta 202321.
En 1995, el Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de Corea estableció los Centros Naciones de Recursos de Investigación para la recolección material biológico. Sin embargo, la escala y la variedad de las colecciones eran escasas, porque las colecciones se basaban en proyectos de investigación individuales y no multicéntricos a gran escala. Posteriormente, el Ministerio de Medio Ambiente creó los biobancos, pero el material biológico estaba limitado a muestras necesarias para la investigación de las enfermedades inducidas por factores ambientales. Por lo tanto, se identificó la necesidad de establecer un biobanco poblacional, el cual se centró en los hospitales para la recolección masiva de muestras biológicas humanas bajo este contexto, en el 2008, el Ministerio de Salud y Bienestar Social inició el Proyecto Biobanco Corea (KBP) apoyando el establecimiento de los biobancos en los hospitales generales afiliados a la universidad, así como la creación de una red entre estos biobancos, incluyendo Biobanco Nacional de Corea (NBK), quien es el mayor biorepositorio nacional en Corea, situado en Osong. El NBK recopila, mantiene y distribuye ADN, suero, plasma, líneas celulares a los investigadores para el desarrollo de sus proyectos22,23.
Relevancia de los Biobancos
Los biobancos han existido en alguna forma desde hace más de 60 años, pero su reciente aumento en el número, tamaño e importancia24, se ha dado especialmente por la naturaleza cambiante de la investigación biomédica, las relaciones entre los investigadores, los actores participantes en la investigación y las organizaciones que financian la investigación25-27. El incremento en número de los biobancos coincide con el éxito en la secuenciación del genoma humano en el año 2003, la posterior explosión de las nuevas tecnologías en bioinformática y la evolución de secuenciación de nueva generación28 y la visión de mejorar la salud por medio de la medicina genómica29, por lo tanto, los descubrimientos pertinentes derivados de la investigación biomédica traslacional dependen en gran medida del funcionamiento de los biobancos.
La secuenciación del genoma humano, sumado al desarrollo de poderosas tecnologías de análisis de alto rendimiento, más el contar con un número suficiente de muestras asociadas a datos clínicos electrónicos, ha conllevado a incrementar el potencial de lo que podría describirse como un nuevo enfoque en la investigación biomédica: una investigación "basada en datos o libre de hipótesis", cambiando así el paradigma tradicional de la investigación biomédica. Este nuevo enfoque, no depende de hipótesis previas, dado que, se pueden aplicar métodos estadísticos rigurosos para buscar asociaciones aparentes entre miles o millones de variables que se midieron simultáneamente en una muestra muy grande de participantes30.
La dinámica actual de la investigación biomédica requiere de la participación de los biobancos en varios aspectos que se puede resumir en los siguientes puntos:
Otro aspecto relevante, donde los biobancos son protagonistas, es el análisis funcional de genes y proteínas, el cual ha progresado considerablemente desde el primer borrador del genoma humano. A partir de grandes colecciones de muestras se han logrado definir biomarcadores que predicen o definen un diagnóstico y blancos terapéuticos que han permitido el desarrollo de nuevos fármacos31-33. Por lo anterior, en la actualidad, para apoyar y potenciar la investigación biomédica de excelencia se han constituido los biobancos de muestras biológicas humanas vinculadas a datos clínicos relevantes y muestras de individuos sanos asociadas a datos demográficos y de estilo de vida, a partir de los cuales se pueden desarrollar investigaciones biomédicas secundarias, teniendo en consideración criterios que aseguren la calidad e idoneidad de las muestras biológicas obtenidas y almacenadas, y respetando, en todo momento, los requisitos éticos y legales que garantizan los derechos de los donantes11.
CONCLUSIONES
Los biobancos adquieren día a día mayor importancia en la investigación biomédica actual y futura; su evolución requiere de un cuidadoso diseño, inversión mantenida, preparación suficiente del personal y de un marco legislativo y ético adecuado; todo ello integrado en una estructura en red cooperativa, sí lo anterior se cumple, los biobancos serán plataformas capaces de proporcionar una fuente inagotable de muestras biológicas asociadas a información clínica puestas a disposición de la comunidad científica mundial y usadas en procura de soluciones pertinentes para las necesidad de salud de la sociedad.
En el marco del programa Conocimiento y Acción para Reducir la Dimensión de la Enfermedad Cardiovascular en Colombia "CARDIECOL" (programa 617399847755), patrocinado por Colciencias según contrato 998-2014, se está desarrollando la Unidad Estructural (UE) "Biobanco CARDIECOL: Herramienta para la investigación Biomédica en Enfermedad Cardio-Cerebro-Vascular". El grupo de investigadores de la UE ha diseñado y validado una serie de manuales, protocolos y formatos relacionados con la gestión y el control de calidad de las muestras y de los datos asociados, que serán publicados en los siguientes tres número de la revista, acompañados de un artículo en el cual se revisan aspectos conceptuales relevantes y críticos en la gestión de un biobanco, consideraciones éticas, legales y sociales.
FINANCIAMIENTO
Colciencias bajo el contrato 696-2014, Programa Cardiecol - Unidad Estructural Biobanco, Código 617399847755.
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