Forschungsbiobanken

Biobanken sind für die Sammlung, Verarbeitung, Lagerung und Herausgabe von Bioproben zuständig  und bilden somit die Grundlage eines großen Teils der medizinischen Forschung. Entscheidend für zukünftige Analysen ist dabei die Qualität und die Standardisierung der Prozesse. Biobanken sind die Grundlage für unterschiedliche Forschungsprojekte innerhalb von COFONI. 

Die Hannover Unified Biobank (HUB) ist die zentrale Biobank der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Sie wurde 2012 etabliert, um eine Infrastruktur für die standardisierte Sammlung und Lagerung von qualitativ hochwertigen Bioproben und assoziierten Daten zu schaffen. Über die Jahre expandierte die Biobank und unterstützt inzwischen viele deutschlandweite, multizentrische Studien. Geleitet von Prof. Thomas Illig entwickelte sich die HUB zu einer der größten state-of-the-art Biobanken in Deutschland und verwaltet heute etwa 3,22 Mio. verschiedenster Bioproben für eine Bandbreite an Krankheiten.

Die Zentrale Biobank der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) wurde 2015 als zentrale Serviceeinrichtung der UMG zur Unterstützung der medizinischen Forschung gegründet. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem UMG-Labor (Zentrallabor) und den Instituten für Pathologie und Neuropathologie wurden die Prozesse zur Gewinnung und Verarbeitung von flüssigen und festen Bioproben sowie die parallele Datengewinnung standardisiert. Um die Bioproben mit klinischen Daten von Patient*innen anzureichern, tauscht sie sich eng mit dem Medizinischen Datenintegrationszentrum aus. Sie unterstützt nationale sowie internationale multizentrische Studien und bietet gleichzeitig eine prospektive Sammlung von Bioproben und Daten, auf die Forschende zugreifen können. 

Seit 2017 sind die Zentrale Biobank UMG und die HUB Mitglieder der German Biobank Alliance (GBA), einem deutschen Biobankenexzellenznetzwerk, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Heute sind mehr als 30 Biobanken von Universitätskliniken und ein IT-Expertenzentrum Mitglieder der GBA. Die Mitglieder haben einheitliche Qualitätsstandards etabliert und stellen Bioproben für  verschiedene nationale und internationale Forschungsprojekte zur Verfügung. Seit 2017 ist Prof. Thomas Illig stellvertretender Sprecher der GBA. Weiterhin ist er einer von fünf Koordinatoren des Nationalen Forschungsnetzwerk der Universitätsmedizin im Bereich „Kohorten und Biobanking“ (NAPKON). PD Dr. Sara Nußbeck ist Mitglied des GBA Steering Committees und leitet das GBA Teilprojekt Education and Training.  

Im Rahmen des Netzwerks Universitätsmedizin (NUM) wurde das Nationale Pandemie Kohorten Netz (NAPKON) gefördert, das deutschlandweit an 36 Standorten Patient*innen zur Erforschung von COVID-19 rekrutiert und die erhobenen Bioproben lokal lagert. Die Patient*innen werden in drei Kohortenplattformen, die hochauflösende Plattform (HAP), die sektorenübergreifende Plattform (SÜP) oder die populationsbasierte Plattform (POP) aufgenommen und longitudinal bis drei Jahre nach Infektion begleitet. NAPKON stellt die erhobenen Daten und Bioproben für Forschungsvorhaben über ein Use & Access Verfahren zur Verfügung. Die verschiedenen NAPKON Infrastrukturkerne bearbeiten im Anschluss bewilligte Anträge und stellen die benötigten Daten und Bioproben bereit. Die HUB ist dabei Teil der Infrastruktur und als Bioprobenkern für die Anforderung der beantragten Bioproben von den einzelnen Standorten verantwortlich und sendet die Bioproben gesammelt an die Antragssteller. Die UMG beteiligt sich für den Standort Göttingen mit bislang 118 eingeschlossenen Patient*innen (Platz 5 der für SÜP rekrutierenden universitären Standorte) an der Bioprobensammlung der SÜP und die HUB ist an der Bioprobensammlung für den Standort Hannover in der HAP beteiligt. Prof. Thomas Illig ist PI in NAPKON, Sprecher des Bioprobenkerns und im Lenkungsausschuss sowie Use & Access Komitee tätig.   

Die NAPKON Kohorte umfasst derzeit insgesamt 6.715 Patient*innen mit über 500.000 Bioproben. Zu den gesammelten Bioproben wird ein umfangreicher Datensatz nach dem „German Corona Consensus“ (GECCO) mit klinischen Daten, Diagnostik, Interventionen, demografischen Daten, Behandlungen, Bildgebungsdaten und nach Bedarf spezifischen Datensätzen (Pädiatrie, Neurologie etc.) erhoben. 2.520 Patient*innen der Kohorte wurden systematisch für Baseline, Akutverlauf und 3-Monats-Followup charakterisiert. Laufende Analysen dieser Charakterisierung umfassen eine Genotypisierung mit GSA-Chips, Transkriptomik und epigenetisches Profiling mit EPIC Array, ATAC- seq und ChIP-seq, Proteomik, Metabolomik und ein Zytokinpanel sowie Virustypisierung, Serum-PCR und serologische Untersuchungen der Spike-, Nukleokapsid- und Neutralisierenden Antikörper. Im Anschluss werden 600 Patient*innen des analysierten Kollektivs anhand eines Post-COVID-Syndrom-Scores ausgewählt und deren 12-Monats-Followup ebenfalls molekular charakterisiert. Die geplanten Analysen umfassen hierbei Transkriptomik und epigenetisches Profiling mit EPIC Array, ATAC-seq und ChIP-seq, Proteomik, Metabolomik und ein Zytokinpanel. Alle erzeugten Ergebnisse dieser Analysen können beim Use und Access Verfahren in NAPKON beantragt werden. 

Durch Mittel des Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur (MWK) entsteht seit 2020 an der HUB unter Leitung von Prof. Thomas Illig zusätzlich eine longitudinale COVID-19 Kohorte mit breiten klinischen Daten und diversen Bioproben. Zusätzliche Daten und Bioproben fließen aus dem Standort Göttingen (PD Dr. Sara Nußbeck, Zentrale Biobank UMG) ein. Zusammen stehen somit Daten und Bioproben von mehr als 400 Patient*innen zur Verfügung. Die Kohorte am Standort Hannover wird durch vorhandenes Studienpersonal je nach Anzahl der Infizierten weitergeführt und ständig vergrößert.  

Die Bioprobensammlung mit MWK-Finanzierung umfasst aktuell allein in Hannover über 30.000 Proben und mehr als 10% davon wurden bereits zur Analyse an eine Vielzahl von Arbeitsgruppen vergeben. Die molekulare Charakterisierung der Kohorte wurde dabei zum Teil von den Instituten in Eigenleistung realisiert, sowie im Rahmen von Cofoni-Projekten. (i) Genomsequenzierungen wurden von 140 Patient*innen und Transkriptomsequenzierungen von 210 klinisch relevanten Zeitpunkten durchgeführt. Die generierten Omics-Daten wurden bereits im Rahmen der Deutschen COVID-19 OMICS Initiative (Decoi) sowie der Host Genetics Initiative (HGI) publiziert und aktuell arbeiten drei weitere Arbeitsgruppen an der Analyse der Daten. (ii) Das Epigenom von 227 klinisch relevanten Zeitpunkten wurde longitudinal charakterisiert und soll  zusammen mit den Genom- und Transkriptomdaten sowie den klinischen Daten integrativ analysiert werden. (iii) Weiterhin wurden mittels optischer Genomkartierung strukturelle Varianten in 60 Patient*innen untersucht und bereits erste Ergebnisse publiziert. (iv) Genomische Varianten wurden im Rahmen einer internationalen Genome Wide Association Study (GWAS) untersucht und publiziert. (v) Die Immunreaktion der Kohorte wurde anhand von Zytokinen und Leukozytenpopulationen aus Plasmaproben charakterisiert, und (vi) die heterologe Immunität der Kohorte anhand von B- und T-Zellpopulation mittels Peripherer Mononukleärer Blutzellen (PBMCs) von 128 Zeitpunkten untersucht. (vii) Das Transkriptom bestimmter Zelltypen wurde anhand von Single-Cell-Sequencing analysiert. (viii) In weiteren Projekten werden u. a. zirkulierende non-coding RNAs untersucht und die Metabolom-Profile von long-COVID Patient*innen im Vergleich zu rekonvaleszenten Patient*innen analysiert. Die Projekte können dabei auf einen umfangreichen  Satz klinischer Daten zurückgreifen, der in Anlehnung an den German Corona Consensus (GECCO)-Datensatz und den WHO clinical progression scale zusätzlich für alle schweren und mittelschweren Visiten erfasst wurden, sowie einen ausführliche Post-COVID-Datensatz, der von der Pneumologie der MHH etabliert wurde. Verbleibende Lücken in der Charakterisierung der Kohorte, insbesondere bei der Untersuchung von Post-COVID Visiten, können weiterhin im Rahmen des Forschungsnetzwerks COFONI geschlossen werden. Die Analysen werden dabei an den Standorten Hannover und Göttingen entsprechend ihrer Expertisen durchgeführt. Die Datensammlung wird kontinuierlich erweitert.  

Mit der engen Bindung der Biobanken in Göttingen und Hannover zur GBA wird somit Expertise im Qualitätsmanagement und der Harmonisierung nach nationalen und internationalen Standards bereitgestellt. Die beiden Biobanken bereiten die Proben entsprechend auf (z.B. Extraktion von DNA und RNA oder Herstellung von Zellkulturen) und versenden die Proben an Forschende für die Charakterisierung. Die molekularen Daten können in der HUB im BIMS (Biobank Information Management System) strukturiert gespeichert werden. Dies geschieht in enger Abstimmung mit der Medizininformatik und den Rechenzentren der beteiligten Einrichtungen.