愛沙尼亞基因組中心生物樣本庫的自動化解決方案

概述

愛沙尼亞生物樣本庫是收集能夠代表整個愛沙尼亞人口的以民族委基礎的生物樣本庫。因為整體工作量、反應時間、樣本的完整性和過程的安全性等因素，為研究伙伴人工發放樣本變得越來越困難，因此愛沙尼亞生物樣本庫采用了由一套自動化存儲系統，一臺自動化液體處理系統和多個小設備（如離心機和開蓋機）組成的Hamilton處理中心來實現整個樣本傳遞過程的自動化。

簡介

愛沙尼亞生物樣本庫成立于2001年，是隸屬于Tartu大學基因組中心(EGC)的以民族為基礎的生物樣本庫。該樣本庫收集能夠代表整個愛沙尼亞人口的供者樣本。迄今為止，已收集了來自52000名供者的血漿、DNA和白膜層細胞，還收集了他們的健康數據。該生物樣本庫負責準備、存儲并提供這些樣本并對存儲和供給的樣本進行質量控制。愛沙尼亞該生物樣本庫采用了自動化系統來增加通量、保持樣本的完整性并提高過程的安全性。他們于2012年實現了樣本提取和供給的完全自動化。

傳統工作流程

樣本供給：用吸管手工吸取DNA，轉移至深孔板，凍存在-20℃普通冰箱內。研究者提出申請后，融化-20℃凍存的含有所需DNA樣本的微孔板，手動移取至運輸板并發放給相應的研究者。

一旦DNA用完或者過期，就需要從液氮存儲器中獲得更多的樣本提取新的DNA。所有流程按照ISO 9001-2008執行并定制的實驗室信息管理系統（LIMS）進行記錄。

挑戰

手動流程需要大量的人力和時間。實驗室的技術員本可以將這些時間花在更重要的研究工作上。即使只需要一個樣本，也必須融化整塊板，手工開蓋并挑取，因此對于樣本的完整性來說，反復凍融大量樣本也增加了意外事故和樣本間相互污染的風險。EGC實驗室的負責人Steven Smit 說：“我們正努力將樣本供給率提高10倍以上。”

圖1：Hamilton ASM（左）與STAR（右）整合

Hamilton解決方案

提高樣本供給率并減少人為誤差的解決方法是實現整個DNA發放流程的自動化，并將樣本從微孔板轉至2D條形碼標記的凍存管中進行中間存儲，減少凍融次數，提高樣本的完整性。ASM自動化樣本存儲系統可以儲存99800支帶2D條形碼的凍存管，并在-20℃溫度下進行樣本分選。因此，只要將所需的樣本轉移至室溫，其他樣本仍然凍存于ASM系統內。

準備需要發放的樣本時，由LIMS數據庫所需樣本的挑取列表。相關樣本由ASM進行挑取（cherry-picking）并放入運輸載架，然后由ASM系統的服務器中融化，隨后自動轉移至Microlab^? STARplus 自動化液體處理系統進行后續操作。

ASM挑取好的載架首先轉移至振蕩器上，以750rpm振蕩20秒，實現均一化；然后在離心機里以1000rpm離心20秒，使液體從管蓋和管壁上沉淀下來，隨后采用Hamilton DeCapper 開蓋機取下凍存管蓋，緊接著用STARplus分出5-50μL樣本，隨之由DeCapper蓋上原配的管蓋并轉移回ASM進行存儲。最后，新生成的96孔板用熱封儀進行封膜并保留在STARplus臺面上。

該流程唯一的手動步驟是取出準備好的運輸版，以供下游研究使用。

另外，STAPplus還可用于樣本稀釋、PCR板制備等。

圖2：愛沙尼亞生物樣本庫基本工作流程

小結

用戶通過采用Hamilton 的整體解決方案實現了DNA樣本供給流程的完全自動化。對于該工作流程最大的益處之一是擁有了在-20℃進行自動挑選（cherry-picking）的能力，保證只對所需樣本進行融化，而無需融化所有的樣本。

實驗室負責人Smit說：“這樣大大降低了樣本的凍融次數，并使樣本處于室溫下的時間降至最短，我們希望借此延長每個分裝樣本的使用周期”。

采用Hamilton自動化系統大大降低了手工操作的工作量，為研究者爭取到更多的時間進行更有意義的研究工作，并基本消除了樣本污染或混淆的風險。而且，還可以通過添加最多3個ASM存儲模塊輕松地增加ASM系統的存儲容量，滿足客戶今后的需求。