Collection and annotation strategy of clinical biobanks
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Technische Universität München Collection and Annotation Strategy of Clinical Biobanks Heinz Höfler Institutes of Pathology TU München and Helmholtz Zentrum München Institute of Pathologie CRIP; Berlin Juni 2010 H. Höfler Technische Universität München Topics • Collection of tissue (frozen, fixed) • Collection of non tissue-based samples • Annotation of clinical and research data • Connection of sample and blood data (=„Biobank“) • München: M4 Strategy Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Topics • Collection of (fresh frozen) tissue – organisation of hospital-wide structures for SOP- conform sample collection – identical SOPs for all biobanks – preanalytical variables must be minimised – clear access rules Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Tissue Bank TUM Central tissue bank at the Klinikum rechts der Isar since 1989 (ca 900-1200 samples/y) informed consent since 2002 Fresh frozen tumor und „normal“ tissue Asservation of samples by pathologists only! Quenching in liquid nitrogen (<10 min) PC-based documentation Controled (anonymised) use Institut für Pathologie H Höfler Technische Universität München Collection of Fresh Frozen Tissue for the Tissue bank • OPs surgery • • • • • • OPs gynecology OPs urology OPs orthopedics OP HNE OP neurosurgery others Institute of Pathologie within OPs by pathologists „frozen section“ - transport to pathology by pathologists H. Höfler Technische Universität München Frozen samples (2010) tissue samples: Patients 23908 15345 Liver/Bile/Pancreas Breast Ovary Uterus HNE Oesophagus/Cardia Stomach Small intestine Colon Rectum Prostate Kidney Urinary bladder Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München TUM Tissue Bank (selected tumors 2010) Pancreas Breast Ovary Oesophagus Stomach Colon Rectum Prostate Lung Institute of Pathologie probes total 533 tumor probes (malignant) 375 3479 967 906 2306 2231 527 1664 682 1934 437 468 1523 1655 377 1003 465 H. Höfler Technische Universität München Topics • Collection of (fresh frozen) tissue – organisation of hospital-wide structures for SOP- conform sample collection – identical SOPs for all biobanks – preanalytical variables must be minimised Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München „Systems pathology“ in the future DNA, RNA, protein analysis Lung metastasis pathway defect: mTOR activation Liver metastasis pathway defect: c-Kit activation Prescribe mTOR and c-Kit inhibitor combination therapy Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Various pre-, intra- and post surgical variables affect tissue data Biopsy or Surgical resection Snap freezing Thawing (and sectioning) Extraction procedure Tissue analysis Time Drugs before and during surgery Tissue ischemia time intrasurgical Tissue ischemia postsurgery Location of biopsy Type of fixative Buffer Size of tissue bloc Penetration time Fixation time Embedding temperature Bloc storage time Sectioning Tissue staining procedure Fixation Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Problem: pre-analytical variables during tissue processing - How are proteins affected? Fixation Biopsy Surgical resection Tissue Analysis Time Protein concentration in tissue B A C D Different proteins E F 0h Institute of Pathologie „Frozen reference“ Clinically relevant Time H. Höfler Technische Universität München SPIDIA Standardization and improvement of pre-analytical procedures and tools for in vitro diagnostics Contract # 222916 (9 companies, 1 private research institute, 6 universitites) Coordination: Qiagen GmbH, Germany Goals: • • • • • • Standards Pre-Analytical Tools Training Assays and Biomarkers Scientific Output Economic Benefit • • • • • • EU Committee for Standardization Collection, handling, storage,…, of samples Workshops, seminars Combining classical with molecular diagnostics Genomics, proteomics, metabolomics… In vitro diagnostic market share www.spidia.eu Start: 1.10.2008 Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Topics • Collection of non tissue-based samples is totally different from tissue sample collection: – – – – – – Different interest and goals Different location of collection Different coworkers Different recruitment of samples Different preparation Different storage, etc Separation of both efforts/archives, but need to be coordinated within biobanks! Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Topics • Collection of non tissue-based samples – collection and storage decentral – which samples: • blood, serum, buffy coats, urine, effusions, liquor, etc – which volume – what type of stabilisation – aliquotation of samples – storage and retrieval systems Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Topics • Collection of tissue (frozen, fixed) • Collection of non tissue-based samples • Annotation of clinical and research data • Connection of tissue and blood sample data (=„Biobank“) • München: M4 Strategy Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Topics • Annotation of clinical (and research) data for the individial patient is crucial – basic data set to be defined to cover as many retrospective studies as possible – prospective studies: data definition „easier“ – actualisation of clinical data – software development and data integration • extraction and integration of data from existing routine documentation systems (clinical chemistry, tumor boards, Tumorzentren, etc) • integration of current research data (hirarchy!) Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Tumorbank – Software © Institut für Medizinische Statistik TUM Prof. Kuhn Dokumentation Tumorbank – Inhalt aktuell -Patientenstammdaten (mit SAP verknüpft) -Anzahl der Proben/Menge -Lokalisation in Tumorbank -hierarchischer Diagnoseschlüssel (TUM) und TNM/G/R aus Pathologiebefund Institute of Pathologie Pathologie H. Höfler Technische Universität München TUM Tumorbank – Software © Institut für Medizinische Statistik TUM Prof. Kuhn Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Tumorbank – Software Verknüpfungsmöglichkeiten © Institut für Medizinische Statistik TUM Prof. Kuhn Tumorbank ISH med/SAP Basisdokumentationen -Patientenstammdaten -Anzahl der Proben/Menge -Lokalisation in Tumorbank -Diagnoseschlüssel (TUM) Mehrschichtige Dokumentation (Studienabhängig) Institute of Pathologie z.B. Studie mit klinischen Daten aus Chirurgie (Survival) und Nuklearmedizin (FDG-PET) H. Höfler Technische Universität München Tumorbank – Software als Modul im CCC © Institut für Medizinische Statistik TUM Prof. Kuhn Zentrale Dokumentation Patient im CCC Basisdokumentation Stammdaten ISH med/SAP Daten aus Patientenversorgung z.B. Laborparameter Radiologie-Befunde NUK-Befunde Pathologie-Befunde Arztbriefe Diagnosen (DRGs) Institute of Pathologie Tumorbank Daten aus wissenschaftl. Projekten Studie 1 Studie 2 Studie 3 z.B. mit - Chir - NUK - Molekularpathologie Studie … H. Höfler Technische Universität München SAAT – TOOL CRIP SAAT: Semi Automated Annotation Tools Inhalt: Patient merger Text mining mit Rule maker Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München SAAT - Klassifikation, Annotation Warum Text Mining? Warum SAAT? Diagnose: NIEDRIG DIFFERENZIERTES INVASIVES DUKTALES MAMMAKARZINOM (NOS, 3,5 CM MAXIMALDURCHMESSER, MINIMALER RESEKTIONSABSTAND NACH BASAL 5 MM). 15 METASTASENFREIE LYMPHKNOTEN. NICHT-INVASIVE KARZINOMVERBAENDE IM SINUS LACTIFERI. KLASSIFIKATION: PT-2 G-3 N-0 R-0. ICD-O: 8500/3 Invasives duktales Karzinom ICD-10: C50.9 Bösartige Neubildung der Brustdrüse [Mamma] T: G: N: R: 2 3 0 0 Data: Medizinische Universität Graz © O.Gros CRIP Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Beispiel Befundtext • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • <Patient> <BiobankID>13003</BiobankID> <EinsenderKuerzel>1/15</EinsenderKuerzel> <Geschlecht>1</Geschlecht> <Befund-Typ>Hauptbefund</Befund-Typ> - <Diagnose> - <TextDocument> - <Section ID="Diag"> <Text>(P/B) Fix.: 1. Ein 2,5 cm großes Fettgewebsstück, hierin mehrere bis 0,7 cm große Knoten. 2. Ein 38 cm langes erweitertes linksseitiges Hemicolektomie- präparat (Rektum, Sigma sowie Colon descendens: 38 cm mit 2,0 cm langer Analmanschette). 25 cm vom oralen bzw. 7 cm vom aboralen Resektionsrand entfernt ein 6 x 6 x 1 cm großer, scharf begrenzter, polypöser, zentral ulze- rierter Tumor. Der Tumor infiltriert bis ins pararektale Fett- gewebe und bleibt 2,5 cm vom tiefen Abtragungsrand entfernt. Im anhängenden perianalen, pararektalen sowie mesocolischen Fett- gewebe mehrere bis 1 cm große, z.T. indurierte Knoten. 3. Ein 3 x 2 x 0,7 cm großes Fettgewebsstück, hierin wenige, bis 0,5 cm große Knoten. (D/B) Histologisch: 1. Zwei tumorfreie Lymphknoten mit geringgradig chronisch-unspezifischer Lymphadenitis. 2. Dickdarmresektat mit infiltrierend wachsenden tubulo-papillären malignen epithelialen Tumorverbänden. Tumorgewebe mit mäßiggradiger Zell- und Kernpolymorphie, mäßig viele Mitosen. Tumorinfiltrate erreichen an einzelnen Stellen das subseröse Fettgewebe. Stärkere desmoplastische Umgebungsreaktion. Die Tumoroberfläche ausgedehnt ulzeriert, im Tumorstroma mäßig viele gemischtzellige Entzündungs- infiltrate. Insgesamt 25 untersuchte Lymphknoten tumorfrei. Tumor- frei sind Dickdarmabtragungsrand, tiefer Abtragungsrand und Anal- manschette. 3. Zwei tumorfreie Lymphknoten mit geringgradig chronisch-unspe- zifischer Lymphadenitis. Kritischer Befundbericht: Invasives, mäßiggradig differenziertes tubulo-papilläres Adeno- karzinom im Rektum (colorektaler Typ, G 2). Insgesamt 29 tumor- freie Lymphknoten (Einsendung 1, 2 und 3). Die Resektion allseits im Gesunden. Histopathologische Tumorklassifikation: pT 3, pN 0, pM x; R 0. Vgl. hierzu Vorbefund E.Nr. 18394/93. P. Dettmar OÄ Dr. K. Becker</Text> </Section> </TextDocument> </Diagnose> <Eingangsdatum>15.12.1993</Eingangsdatum> <Eingangsnummer>H/1993/018816</Eingangsnummer> <Materialarten>1 LK Iliaca interna li. 2 Dickdarm/Enddarm 3 LK Iliaca interna re.</Materialarten> <Diagnoseschlüssel>DI 6C DI 85</Diagnoseschlüssel> <Id>37</Id> <Pseudonym>37</Pseudonym> <Alter>69</Alter> </Patient> </Patienten> Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Beispiel Befundtext • <Patient> • • • • • • • • <BiobankID>13003</BiobankID> <EinsenderKuerzel>1/15</EinsenderKuerzel> <Geschlecht>1</Geschlecht> <Befund-Typ>Hauptbefund</Befund-Typ> - <Diagnose> - <TextDocument> - <Section ID="Diag"> <Text>(P/B) Fix.: 1. Ein 2,5 cm großes Fettgewebsstück, hierin mehrere bis 0,7 cm große Knoten. 2. Ein 38 cm langes erweitertes linksseitiges Hemicolektomie- präparat (Rektum, Sigma sowie Colon descendens: 38 cm mit 2,0 cm langer Analmanschette). 25 cm vom oralen bzw. 7 cm vom aboralen Resektionsrand entfernt ein 6 x 6 x 1 cm großer, scharf begrenzter, polypöser, zentral ulze- rierter Tumor. Der Tumor infiltriert bis ins pararektale Fett- gewebe und bleibt 2,5 cm vom tiefen Abtragungsrand entfernt. Im anhängenden perianalen, pararektalen sowie mesocolischen Fett- gewebe mehrere bis 1 cm große, z.T. indurierte Knoten. 3. Ein 3 x 2 x 0,7 cm großes Fettgewebsstück, hierin wenige, bis 0,5 cm große Knoten. (D/B) Histologisch: 1. Zwei tumorfreie Lymphknoten mit geringgradig chronisch-unspezifischer Lymphadenitis. 2. Dickdarmresektat mit infiltrierend wachsenden tubulo-papillären malignen epithelialen Tumorverbänden. Tumorgewebe mit mäßiggradiger Zell- und Kernpolymorphie, mäßig viele Mitosen. Tumorinfiltrate erreichen an einzelnen Stellen das subseröse Fettgewebe. Stärkere desmoplastische Umgebungsreaktion. Die Tumoroberfläche ausgedehnt ulzeriert, im Tumorstroma mäßig viele gemischtzellige Entzündungs- infiltrate. Insgesamt 25 untersuchte Lymphknoten tumorfrei. Tumor- frei sind Dickdarmabtragungsrand, tiefer Abtragungsrand und Anal- manschette. 3. Zwei tumorfreie Lymphknoten mit geringgradig chronisch-unspe- zifischer Lymphadenitis. Kritischer Befundbericht: Invasives, mäßiggradig differenziertes tubulo-papilläres Adeno- karzinom im Rektum (colorektaler Typ, G 2). Insgesamt 29 tumor- freie Lymphknoten (Einsendung 1, 2 und 3). Die Resektion allseits im Gesunden. Histopathologische Tumorklassifikation: pT 3, pN 0, pM x; R 0. Vgl. hierzu Vorbefund E.Nr. 18394/93. P. Dettmar OÄ Dr. K. Becker</Text> </Section> </TextDocument> </Diagnose> <Eingangsdatum>15.12.1993</Eingangsdatum> <Eingangsnummer>H/1993/018816</Eingangsnummer> <Materialarten>1 LK Iliaca interna li. 2 Dickdarm/Enddarm 3 LK Iliaca interna re.</Materialarten> <Diagnoseschlüssel>DI 6C DI 85</Diagnoseschlüssel> <Id>37</Id> <Pseudonym>37</Pseudonym> <Alter>69</Alter> </Patient> </Patienten> • • • • • • • • • • • • TNM, G, R ICD-10/ICD-O Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Entwicklung SAAT 2005 MedUni Graz Annotations-Tools 2007 Kooperationsvertrag SAAT 2008 TU München Partner 2009 Tests Erlangen Zielsetzung: Lokale Tools open source, Regelwerk zentral Institute of Pathologie H. Höfler © O.Gros CRIP Technische Universität München Topics • Connection of tissue and blood sample data (=„Biobank“) – software – coordinator – data retrieval • who is allowed to see/use which samples/data Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Biobank Activities – National Level • CRIP • TMF • BBMRI-PP • Spidea • Impacts • Biobanks funded by Krebshilfe • Biobanks at CCCs • „Translational“ Centers (BMBF) • M4 Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München M4 „Personalisierte Medizin und zielgerichtete Therapien. Eine neue Dimension in der Medikamentenentwicklung“ • M4 winner of „Spitzenclusterwettbewerb“ (start July 2010) • „Biobank Alliance“ is one of the Strukturprojekte (SP2): 4,8 Mio € (5y) • BioM, TU, LMU, Helmholtz Zentrum • Participants: – – – – – Tissuebank TU Dept. Surg. LMU Dept Pathol. LMU Inst. stroke and dementia LMU Dep. Med.I LMU Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München M4 Workpackages: • Implementation of common SOPs for the tissue and non-tissue based banks • preanalytical studies (stability of DNA, RNA and proteins) in tissues and non-tissue based samples • analysis of specific signal pathways in tumors • development and use of –omics technologies • Establishment of a comprehensive IT for the „Biobank alliance“ incl. integrated annotations of all samples • Collection of samples of tumor entities (GI, pancreas, prostate, soft tissue,a.o.), inflammatory and metabolic diseases • Marketing/distribution concept Institute of Pathologie H. Höfler Technische Universität München Thanks! Rupert Langer Karl Becker St. Patzali Institute of Pathologie H. Höfler
