CC BY
2
Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2023;22(11):3720.
doi:10.15829/1728-8800-2023-3720 ISSN 1728-8800 (Print) ISSN 2619-0125 (Online)
n
<S3N girt
ffiw
< «миа r
РОПНИЗ
РОССИЙСКОЕ
КАРДИОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЩЕСТВО
Веб-репозиторий "БиоВитрина" — доступ к информации о биоресурных коллекциях
Букреева А. С., Мальсагова К. А., Изотов А. А., Лисица А. В., Кайшева А. Л.
ФГБНУ "Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича" (ИБМХ). Москва, Россия
Цель. Разработка веб-репозитория "БиоВитрина" для визуализации информации об имеющихся в организации образцах биологического происхождения (https://bb.ibmc.msk.ru). Материал и методы. Использовался следующий набор инструментов: PostgreSQL 12, скриптовый язык программирования Python 3.8, Django 3.2.7, Angular 12.2.13, Nginx, Docker 3, Redis 6. Результаты. Биологические образцы в каталоге систематизированы согласно международной классификации болезней 10 пересмотра (МКБ-10). После выбора наиболее подходящих под научную задачу биообразцов Пользователь имеет возможность оформить запрос на их получение. Необходимым условием для получения биологических образцов является последующая публикация результатов экспериментальных исследований в веб-репозитории "БиоВитрина". Такой обмен аналитическими результатами исследований позволит избежать повторения схожих исследований и будет способствовать сохранению материальных ресурсов. Заключение. "БиоВитрина" разработана с целью оптимизации инфраструктуры биобанков организаций и обеспечения доступности информации об имеющихся у них биоресурных коллекций. Это позволит решить множество вопросов, связанных с использованием различных типов биоматериала, как в исследовательских, так и в клинических целях в области персонализированной биомедицины.
Ключевые слова: биологические образцы, биоколлекция, веб-репозиторий.
Отношения и деятельность. Работа выполнена в рамках проекта по созданию и развитию научных центров мирового уровня "Цифровой дизайн и персонализированное здравоохранение" при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение № 075-15-2022-305).
Поступила 04/09-2023 Рецензия получена 04/10-2023 Принята к публикации 21/10-2023
Для цитирования: Букреева А. С., Мальсагова К. А., Изотов А. А., Лисица А. В., Кайшева А. Л. Веб-репозиторий "БиоВитрина" — доступ к информации о биоресурных коллекциях. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2023;22(11):3720. doi:10.15829/1728-8800-2023-3720. EDN ТХ!^
BioVitrina web repository — access to data on bioresource collections
Bukreeva A. S., Malsagova K.A., Izotov A. A., Lisitsa A. V., Kaisheva A. L. V. N. Orekhovich Research Institute of Biomedical Chemistry. Moscow, Russia
Aim. To develop the BioVitrina web repository for visualizing data on biological samples available in the organization (https://bb.ibmc.msk.ru). Material and methods. The following set of tools was used: PostgreSQL 12, Python 3.8 scripting language, Django 3.2.7, Angular 12.2.13, Nginx, Docker 3, Redis 6.
Results. Biological samples are systematized according to the International Classification of Diseases, 10th revision (ICD-10). After selecting the most suitable biosamples, the User has the opportunity to submit a request for their receipt. A necessary condition for obtaining biological samples is the subsequent publication of the results of experimental studies in the BioVitrina web repository. Such an exchange of analytical research results will avoid repetition of similar studies and will contribute to the conservation of material resources. Conclusion. "BioVitrina" was developed to optimize the infrastructure of biobanks of organizations and ensure the availability of information about their existing bioresource collections. This will solve many issues related to the use of different types of biomaterials, both for research and clinical purposes in personalized biomedicine.
*Автор, ответственный за переписку (Corresponding author): e-mail: [email protected]
[Букреева А. С. — м.н.с., ORCID: 0000-0002-6854-0308, Мальсагова К.А.* — к.м.н., ORCID: 0000-0001-9404-1660, Изотов А. А. ORCID: 0000-0003-2852-102X, Кайшева А. Л. — д.б.н., с.н.с., ORCID: 0000-0003-4472-2016].
Keywords: biological samples, biocollection, web repository.
Relationships and Activities. The work was carried out within the project for the creation and development of world-class scientific centers "Digital Design and Personalized Healthcare" with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (agreement № 075-15-2022-305).
Bukreeva A. S. ORCID: 0000-0002-6854-0308, Malsagova K. A.* ORCID: 0000-0001-9404-1660, Izotov A. A. ORCID: 0000-0001-93679785, Lisitsa A.V. ORCID: 0000-0003-2852-102X, Kaisheva A. L. ORCID: 0000-0003-4472-2016.
Corresponding author: [email protected]
Received: 04/09-2023 Revision Received: 04/10-2023 Accepted: 21/10-2023
н.с., ORCID: 0000-0001-9367-9785, Лисица А. В. — д.б.н., г.н.с.,
For citation: Bukreeva A. S., Malsagova K. A., Izotov A. A., Lisitsa A. V., resource collections. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2023; Kaisheva A. L. BioVitrina web repository — access to data on bio- 22(11):3720. doi:10.15829/1728-8800-2023-3720. EDN TXIILN
Ключевые моменты Что известно о предмете исследования?
Биобанк (биорепозиторий) — организованная коллекция материала биологического происхождения и ассоциированных с ним данных, хранящиеся в соответствии со стандартными операционными процедурами. Создание виртуальных коллекций обеспечит доступ к информации о деятельности биобанка и имеющихся в его составе биологических коллекциях, а также об условиях получения биологических образцов для проведения исследований.
Что добавляют результаты исследования?
Веб-платформа "БиоВитрина" предназначена для визуализации информации об имеющихся в организации образцах биологического происхождения.
"БиоВитрина" сочетает пополняемую базу данных о биообразцах, аннотированных по клиническим, антропометрическим и биохимическим показателям и результаты аналитических исследований.
Key messages What is already known about the subject?
Biobank (biorepository) is an organized collection of biological material and related data, stored in accordance with standard operating procedures. The creation of virtual collections will provide access to data on the activities of the biobank and the biological collections it contains, as well as the conditions for obtaining biological samples for research.
What might this study add?
The BioVitrina web platform is designed to visualize information about biological samples available in the organization.
BioVitrina combines a growing database of bio-specimens annotated by clinical, anthropometric and biochemical parameters and the results of analytical studies.
Введение
Россия отличается развитой структурой научных учреждений, ведущих фундаментальные и прикладные исследования по важнейшим проблемам в области медицинских и биологических наук, а также в смежных областях науки; их деятельность направлена на сохранение здоровья, улучшение качества и продолжительности жизни человека.
Актуальным в научной среде является вопрос о необходимости развития биобанков, поскольку медико-биологические исследования основаны на анализе клинической информации и данных, полученных при изучении биологических образцов различными методами [1]. Сбор коллекции биообразцов, необходимых для выполнения исследований, продолжителен, сложен и зависит от налаженного контакта с профильной клиникой, ее заинтересованности в сборе, хранении и транспортировке биообразцов.
Биобанк — это новая институция, функционирующая на стыке науки, технологий и бизнеса. Технологическая компонента биобанков связана с организацией специальной инфраструктуры. Например, долгосрочная криоконсервация биологических образцов требует специализированных спо-
собов хранения: морозильные камеры глубокого холода, систем хранения в жидком азоте [2]. Сбор и архивирование информации, полученной в результате проведения аналитических исследований с использованием биологического материала, также требует инфраструктуры информационного сопровождения [3]. Благодаря широкому использованию новых технологических платформ увеличилось количество результатов "омикс"-исследований, что требует модернизации систем управления биобанками и их функциональной совместимости для последующих исследований [4]. В настоящее время процессы научно-исследовательской деятельности подвергаются влиянию глубоких трансформаций, обусловленных развитием информационных технологий. Одним из перспективных направлений в этой области является цифровизация процессов, реализуемых в ходе научных исследований.
Одна из функций биобанков — обеспечение возможности получения биологических образцов для проведения научных исследований. Однако в настоящее время не существует биобанка, который бы предлагал пользователю полноценный интерфейс, позволяющий получить доступ к анноти-
Таблица 1
Сравнительная характеристика некоторых биобанков РФ
Биобанк Описание Состав коллекции Доступ Регистра- Оформление запроса Публика-
к анноти- ция поль- на полу- на предо- ция
рованной зователя чение био- ставление результатов
коллекции биобанка образцов биообразцов исследования
ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Сбор и хранение Цельная кровь, Ограничен/ - + - -
Минздрава России образцов крови сыворотка по запросу
(https://gnicpm.ru/ и ее производных и плазма крови
scientific-directions/ в ходе
biobank.html) крупномасштабных эпидемиологических исследований
Биобанк Северной Популяционный Образцы ДНК, - - + + -
Евразии (https://xn-- биобанк (хранение крови, слюны,
80aba1amre.xn--p1ai/) биообразцов представителей коренных этнических групп) тканей, клеток и др.
ООО "Национальный Проекты в области Производные Ограничен/ + + - -
БиоСервис" (https:// поиска, обработки, образцов тканей по запросу
nbioservice.com/) анализа и хранения биологических материалов и биологических жидкостей
Веб-репозиторий Сбор и хранение Образцы мочи, + + + + +
"БиоВитрина" биообразцов, сыворотки и плазмы
(Биобанк ИБМХ) аннотирование, обмен результатами исследований крови, биоптаты тканей
Национальный Исследовательский Биообразцы + + нет данных нет данных -
банк-депозитарий банк-депозитарий человека, растений,
живых систем "Ноев биологического животных,
Ковчег" (https:// материала живых микроорганизмов
human.depo.msu.ru/#) организмов
Биоресурсная Характеризация Опухолевые - - - - -
коллекция клеточных образцов и неопухолевые
линий и первичных в соответствии клеточные линии,
опухолей (ФГБУ с международными перевиваемые
"НМИЦ онкологии стандартами опухолевые штаммы,
им. Н. Н. Блохина" (молекулярное образцы первичных
Минздрава России) фенотипирование опухолей и тканей,
(https://www.ronc. генетические, трехмерные
ru/about/struktura/ исследования и др.) клеточные культуры
niiedito/bioresursnaya- и гибридомные
kollektsiya- клоны
к^осЬпукЬ-Ншу-ьрешсЬпукЬ-
орикМеу/)_
Примечание: ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, ИБМХ — ФГБНУ "Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича".
рованной информации о биологических образцах, сформировать и получить выборку, отвечающую целям исследования в режиме "онлайн" (таблица 1).
В России многие организации несмотря на то, что располагают редкими и/или уникальными коллекциями, предоставляют ограниченную информацию о сформированных биобанках: чаще всего пользователю известно о наличии биорепо-зитория, но подробной информации о нем в открытых источниках нет. К таким организациям можно отнести ФГБУ НМИЦ АГП им. В. И. Кулакова
Минздрава России, ФГБУ "НМИЦ кардиологии" Минздрава России, ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России, ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России, ГБУЗ Республиканский медико-генетический центр и т.д.
При этом, стоит отметить, что в настоящее время актуальным является деятельность, направленная на создание национальной информационной платформы биобанков РФ, объединяющей сведения о существующих биобанках и данные о биоресурсных коллекциях [5].
'Используется класснфнюцня МКБ-10
Рис. 1 Каталог биологических образцов в веб-репозитории "БиоВитрина".
Рис. 2 Аннотации биологических образцов, представленных в каталоге на примере заболеваний группы "Новообразования".
В рамках проекта Научного центра мирового уровня "Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение" на базе Научно-исследовательского института биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича (ИБМХ) активно разрабатывается и внедряется инновационный веб-доступный репозиторий "БиоВитрина".
"БиоВитрина" сочетает эффективные инструменты для цифровизации и управления биообразцами, а также способствует формированию обширного кооперативного пространства для обмена знаниями и опытом между различными научно-исследовательскими учреждениями. К основным преимуществам веб-репозитория относятся возможность:
— формирования выборки биообразцов для планирования исследовательской работы и оформления запроса на ее получение;
— надежного хранения и систематизации результатов аналитических измерений.
В настоящей статье более подробно рассмотрим концепцию и функциональные возможности платформы, а также перспективы повышения качества научных исследований и кооперации между различными медико-биологическими учреждениями.
Материал и методы
Набор инструментов, использованных при разработке репозитория, включал базу данных с открытым исходным кодом PostgreSQL версия 12 (https://www. postgresql.org/about/news/postgresql-12-released-1976/), высокоуровневый язык программирования общего назначения Python версия 3.8 (https://www.python.org/ downloads/release/python-380/), свободную программную платформу Django версия 3.2.7 для веб-приложений на языке Python (https://www.djangoproject.com/), программную платформу JavaScript для создания приложений Angular 12.2.13, программное обеспечение для создания веб-сервера Nginx (версия ИБМХ), открытую платформу для разработки, доставки и эксплуатации приложений Docker 3, резидентную систему управления базами данных класса NoSQL с открытым исходным кодом Redis 6.
Дизайн Платформы выполнен в едином графическом стиле. В навигационной панели системы используется цветовая палитра, представляющая градиент цвета от светло-голубого к темно-голубому. В качестве основного шрифта используется шрифт Gilroy в различных начертаниях.
Результаты
Организация веб-репозитория
Веб-репозиторий "БиоВитрина" предназначен для визуализации информации об имеющихся
Рис. 3 Страница "Карточка биообразца".
в организации образцах биологического происхождения и сочетает пополняемую базу данных биообразцов, аннотированных по клиническим, антропометрическим и биохимическим показателям.
Платформа имеет модульную структуру и состоит из отдельных функциональных программно-технологических модулей, представляющих собой текст кода на встроенном языке программирования. Все модули веб-репозитория имеют единый механизм управления, контроля безопасности и разграничения доступа пользователей к данным и функционалу.
Навигация пользователя между разделами веб-репозитория осуществляется посредством панели, закрепленной в левой верхней части интерфейса. Навигационная панель содержит в себе перечень всех страниц для быстрого перехода.
На главной станице зарегистрированный Пользователь может ознакомиться с полным каталогом, содержащим сведения о биообразцах. В каталоге биообразцы классифицированы по группам заболеваний согласно международной классификации болезней десятого пересмотра (МКБ-10) (рисунок 1).
Возможности веб-репозитория
Веб-репозиторий "БиоВитрина" предоставляет Пользователю доступ к аннотациям биообразцов, имеющихся в коллекции биобанка, и к результатам аналитических исследований (рисунок 2).
Кроме того, аннотированную информацию о биологическом образце Пользователь может просмотреть на отдельной странице "Карточка биообразца" (рисунок 3).
В случае, если биологический образец был использован в аналитических исследованиях, Пользователь имеет возможность ознакомиться с результатами этих исследований.
Оптимизацию поиска биологических образцов обеспечивают инструменты фильтрации и сортировки. После составления экспериментальной выборки Пользователь может оформить запрос на получение выбранных биообразцов, при этом станет доступна детальная информация о способе их получения.
Биологические образцы предоставляются Пользователям безвозмездно, однако обязательным условием для их получения является последующая публикация результатов экспериментальных исследований в веб-репозитории "БиоВитрина", либо предоставление международного цифрового идентификатора научной публикации (doi), в которой эти результаты представлены.
Помимо реализации интерфейса для Пользователей, веб-репозиторий обеспечивает специфичную функциональность, позволяющую донору ознакомиться с результатами исследований, полученными при использовании его биоматериала. Для этой цели был организован личный кабинет доно-
Ж
Рис. 4 Интерфейс для получения информации о результатах исследований для донора.
ра, доступ к которому осуществляется при использовании индивидуального идентификационного номера, присвоенного донору при его обращении в медицинское учреждение (рисунок 4). Такой механизм обеспечивает хранение данных в платформе в анонимизированном виде, сохраняя доступность этих данных для донора и его лечащего врача.
По желанию держателей биобанков предусмотрена возможность внутренней регистрации организации на платформе веб-репозитория. Это открывает доступ сотрудникам биобанка к полному функционалу веб-репозитория, а также обеспечивает возможность представления на платформе "БиоВитрина" собственной биоресурсной коллекции. При этом мониторинг заказов и процедур, связанных с образцами, возлагается на представителей организации-держателя биобанка.
Пополнение базы данных
Процесс пополнения репозитория новыми биологическими образцами осуществляется посредством загрузки файлов в формате "xls". В этом контексте требуется, чтобы загружаемый файл содержал сведения, характеризующие каждый биообразец. Предварительно сведения, содержащиеся в файле, необходимо добавить в раздел "Модерация словарей". Сведения о новом биообразце ранжированы на обязательные: "патология", "тип биоматериала", "пол", "возраст", "организация", "уникальный код" (barcode), "количество образца" и дополнительные: клинические, биохимические, социо-демографические данные и проч.
Кроме того, в разделе "Модерация словарей" Пользователи имеют возможность удалять или редактировать сведения, характеризующие биологический образец. Этот подход позволяет настраивать систему в соответствии с аннотациями, предоставленными клиническими партнерами при получении биоматериала.
Доступность платформы
На сегодняшний день платформа предоставляет возможность регистрации всех заинтересованных лиц на сайте https://bb.ibmc.msk.ru. Для этого необходимо заполнить форму регистрации, в которой указываются данные об организации или Пользователе. Для обеспечения безопасности и аутентификации пользователей, процедура регистрации подвергается надлежащей проверке.
После этого заявка на регистрацию подтверждается со стороны администрации веб-репозитория. Данный этап обеспечивает контроль и учет организаций, участвующих в экосистеме "БиоВитрина".
В целом, открытый веб-репозиторий "БиоВитрина" является важным инструментом для поддержания научных исследований, способствует обмену знаний, сотрудничеству и координации между научными организациями и их сотрудниками, что способствует созданию более открытой и устойчивой среды для научных исследований.
Литература/References
1. Gutor CS, Englevskij NA, Prokudina DV, et al. Bank biologicheskogo materiala: informacionnoe soprovozhdenie i fizicheskoe voploshchenie. Vrach i informacionnye tekhnologii. 2013;4:31-9. (In Russ.) Гутор C. С., Энглевский Н. А., Прокудина Д. В. и др. Банк биологического материала: информационное сопровождение и физическое воплощение. Врач и информационные технологии. 2013;4:31-9.
2. Jang TH, Park SC, Yang JH et al. Cryopreservation and its clinical applications. Integrative Medicine Research. 2017;6(1): 12-8. doi:10.1016/j.imr.2016.12.001.
3. Lehmann S, Guadagni F, Moore H, et al. International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) Working Group on Biospecimen Science. Standard preanalytical coding for biospecimens: review and implementation of the Sample PRE-
Заключение
Цифровизация научных процессов становится все более важной составляющей современной научной практики. "БиоВитрина" разработана с целью оптимизации инфраструктуры биобанков организаций и обеспечения доступности информации об имеющихся у них биоресурных коллекций. Это позволит решить множество вопросов, связанных с использованием различных типов биоматериала, как в исследовательских, так и в клинических целях в области персонализированной биомедицины.
Отношения и деятельность. Работа выполнена в рамках проекта по созданию и развитию научных центров мирового уровня "Цифровой дизайн и персонализированное здравоохранение" при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение № 075-15-2022-305).
analytical Code (SPREC). Biopreserv Biobank. 2012;10(4):366-74. doi:10.1089/bio.2012.0012.
4. Mitchell C, Gramatiuk S, Sarkisian T, et al. Biobanking IT Systems, Database Structure and Web Applications. In: Sargsyan K, Hup-pertz B, Gramatiuk S, ed. Biobanks in Low- and Middle- I ncome Countries: Relevance, Setup and Management. Springer, Cham. 2022. pp. 81-89. doi:101007/978-3-030-87637-1_12.
5. Meshkov AN, Yartseva OYu, Borisova AL, et al. The concept of the national information platform of biobanks of the Russian Federation. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2022;21 (11 ):3417. (In Russ.) Мешков А. Н., Ярцева О. Ю., Борисова А. Л. и др. Концепция национальной информационной платформы биобанков Российской Федерации. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022;21 (11 ):3417. doi:1015829/1728-8800-2022-3417.
