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
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
H. Höfler
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
H. Höfler
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
Collection of Fresh Frozen Tissue for the Tissue bank
• OPs surgery
•
•
•
•
•
•
OPs gynecology
OPs urology
OPs orthopedics
OP HNE
OP neurosurgery
others
within OPs
by pathologists
„frozen section“
- transport
to pathology
by pathologists
H. Höfler
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
H. Höfler
TUM Tissue Bank (selected tumors 2010)
Pancreas
Breast
Ovary
Oesophagus
Stomach
Colon
Rectum
Prostate
Lung
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
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
H. Höfler
„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
H. Höfler
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
H. Höfler
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
„Frozen
reference“
Clinically
relevant
Time
H. Höfler
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
H. Höfler
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!
H. Höfler
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
H. Höfler
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
H. Höfler
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!)
H. Höfler
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
Pathologie
H. Höfler
TUM Tumorbank – Software
H. Höfler
H. Höfler
H. Höfler
Tumorbank – Software Verknüpfungsmöglichkeiten
Tumorbank
ISH med/SAP
Basisdokumentationen
-Patientenstammdaten
-Anzahl der Proben/Menge
-Lokalisation in Tumorbank
-Diagnoseschlüssel (TUM)
Mehrschichtige Dokumentation
(Studienabhängig)
z.B. Studie mit klinischen Daten aus
Chirurgie (Survival) und Nuklearmedizin
(FDG-PET)
H. Höfler
Tumorbank – Software als Modul im CCC
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)
Tumorbank
Daten aus wissenschaftl. Projekten
Studie 1
Studie 2
Studie 3 z.B. mit - Chir
- NUK
- Molekularpathologie
Studie …
H. Höfler
SAAT – TOOL CRIP
SAAT:
Semi Automated Annotation Tools
Inhalt:
Patient merger
Text mining mit Rule maker
H. Höfler
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
H. Höfler
Beispiel Befundtext
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
<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-unspezifischer Lymphadenitis. Kritischer Befundbericht: Invasives,
mäßiggradig differenziertes tubulo-papilläres Adeno- karzinom im Rektum (colorektaler Typ, G 2). Insgesamt 29 tumorfreie 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>
H. Höfler
Beispiel Befundtext
•
<Patient>
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•
•
•
•
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•
•
<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-unspezifischer Lymphadenitis. Kritischer Befundbericht: Invasives,
mäßiggradig differenziertes tubulo-papilläres Adeno- karzinom im Rektum (colorektaler Typ, G 2). Insgesamt 29 tumorfreie 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>
•
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•
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•
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•
•
•
•
TNM, G, R
ICD-10/ICD-O
H. Höfler
Entwicklung SAAT
2005 MedUni Graz Annotations-Tools
2007 Kooperationsvertrag SAAT
2008 TU München Partner
2009 Tests Erlangen
Zielsetzung: Lokale Tools open source, Regelwerk zentral
H. Höfler
© O.Gros
CRIP
Topics
• Connection of tissue and blood sample
data (=„Biobank“)
– software
– coordinator
– data retrieval
• who is allowed to see/use which
samples/data
H. Höfler
Biobank Activities – National Level
• CRIP
• TMF
• BBMRI-PP
• Spidea
• Impacts
• Biobanks funded by Krebshilfe
• Biobanks at CCCs
• „Translational“ Centers (BMBF)
• M4
H. Höfler
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
H. Höfler
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
H. Höfler
Thanks!
Rupert Langer
Karl Becker
St. Patzali
H. Höfler

Collection and annotation strategy of clinical biobanks

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