摘要：
生醫未來式 Biobank－談美英日奧人體生物資料庫
新冠疫情 Covid 19 疫情延燒四海，造成全球六百多萬人身亡，五億人確診，為對付難纏且極具威脅性的新冠病毒，在疫情爆發之初，各國便積極投入資源，研發疫苗及藥物以期遏止慘況繼續發生。
在此危急時刻，儲存大量人體生物資料的 Biobank 越顯重要，為數眾多的數據與檢體規模，使研究者可以嘗試在最短時間內獲得治療藥物或疫苗，不僅如此，Biobank 可用來進行人類的基因定序研究，可以識別人群中染上新冠病毒的突變模式，也能為不同的疫苗如 Moderna、AstraZeneca、輝瑞和強生注射提供相對應的族群建議，減輕疫苗注射的風險。
新冠病毒對地球的突擊，考驗了各國人體生物資料庫的運作效能與研發實力，以下將以美、英、日、奧四國的 Biobank 為例，了解其各自運作模式之異同與研究成果，試圖找出建立良好 Biobank 的關鍵因素，並以此次COVID-19疫情為例，介紹 Biobank 於此次疫情中所發揮的重要角色。
Biobank 運作模式與影響
美國 Biobank All of Us
- 運作模式
All of Us 規劃於十年間收集百萬人遺傳基因資訊，建立多元數據庫供醫學研究使用，其具體運作方式如圖所見，乃由參與者共享健康數據，在將其個人資訊去識別化後，由經批准的研究人員使用數據進行研究，並將研究成果回饋給參與者以協助他們更了解自身健康狀況，最後，研究人員分享研究發現，促成進一步發展。
- All of Us 取得數據的方式與流程
All of Us數據的取得分為三層，簡述如下：
- 公共層（Public Tier）: 此層無需登錄，僅包含已刪除標籤的綜合數據，每個人都可以通過數據快照和數據瀏覽器獲得這些數據。
- 已註冊層( Registered Tier ): 此層需要登錄，數據集包含個人級別的數據，僅適用於 Researcher Workbench 上獲得批准的研究人員。此層目前包括來自電子健康記錄 ( EHR, Electronic Health Records )、可穿戴設備和調查的數據，以及在參與者註冊時進行的量測。
- 受控層（Controlled Tier）: 此層管控更為嚴謹，需得額外批准方能使用。除了註冊層中的數據外，受控層數據集還包含全基因組測序 ( WGS ) 和基因分型陣列形式的基因組數據、來自 EHR 和人口統計數據以及未移動的事件日期等等。
- 研究成果與實際成效
針對 COVID-19 ，All of Us 在 2020 年 5 月至 2021 年 2 月期間，共發布了六份 Participant Experience ( COPE ) 調查，獲得超過 99,000 名參與者的響應，致力於了解參與者在整個大流行期間日常生活、健康與福祉的變化，使研究人員能深入研究疫情爆發對人類身體和情感的變化。而來自 214,200 多名參與者的 EHR 中與病毒相關的診斷和治療數據，也使研究人員能夠深入研究大流行對身心健康的影響。至於健康調查社會決定因素 ( SDOH ) 問卷所收集的日常生活中各種社會和環境因素資訊，也增加了 57,600 多個初步回覆，有助推動生活經歷與健康之間關聯的新見解。
除了針對疫情影響身心健康的研究，All of Us 也透過感染過 COVID-19 的參與者中近 6000 人擁有的全基因組序列，與 600 人共享的 Fitbit 記錄，針對 COVID-19 感染的健康結果進行分析，此外， All of Us 也蒐集了 COVID-19 疫苗調查數據，包括疫苗接種狀態、製造商、疫苗接種日期和不良反應等等，以了解參與者對疫苗的看法以及個人疫苗接種的資訊。
- 影響
目前美國各地的研究人員可獲得來自近 20,000 名 COVID-19 感染者的健康數據，包括臨床、基因組和參與者報告等等，有了這些新的調查數據，研究人員可以進行大數據分析，也可將此類調查數據與生物數據相結合，為研究 COVID-19 疾病的預防、進展和恢復提供了新的機會。
不僅如此，在 Controlled Tier 數據集中，有來自近 100,000 個全基因組序列 ( WGS / Whole Genome Sequencing ) 和超過 165,000 個基因分型陣列的數據，也有來自調查、物理測量、EHR 和可穿戴設備的數據集，這些數據和工具使得研究人員有機會通過將生物數據與參與者的環境和生活環境相關數據交叉引用，也能與來自不同學科的其他研究人員以協作工作空間與工具針對特定項目進行數據分析，或利用其他研究與隊列進行研究創新，對於醫學突破助益甚大。
根據喬丹·斯莫勒博士，「All of Us 計劃特別之處在於所收集數據的多維性質，EHR 和生物訊息對於我們了解人類健康至關重要，但當與關於經歷不同健康體驗的定性見解相結合時，它變得更加有價值。」透過多元數據的共享，能打破傳統的研究藩籬，使研究人員得以從不同觀點切入並相互結合運用，為醫學研究打開一扇新的大門，帶來更多可能性。
英國 UK Biobank
- 運作模式
自 2006 年起，UK Biobank 收集約 50 萬居住於英國者的生物和醫學數據，在徵得同意後，他們會定期提供血液、尿液和唾液樣本，以及有關其生活方式的詳細資訊，然後將這些資訊與他們的健康記錄聯繫起來，以更深入地了解個人如何經歷疾病。
這些數據以匿名方式呈現，並提供給世界各地的研究人員針對常見病症與如癌症、心臟病及中風等易危及生命的疾病進行新的科學發現。
自成立以來，UK Biobank 採用了開創性的技術來支持其生物醫學資源。例如，為收集和儲存來自 50 萬參與者的樣本，他們開發了 UK Biobank 自動冷凍機，並將生物樣本轉化為研究人員可以使用的數據如基因組數據、激素、代謝物和蛋白質循環水平等等，對增進對疾病的理解至關重要。
- 取得數據的方式與流程
若欲從 UK Biobank 取得數據，首先需在 UK Biobank 應用程式管理服務 ( AMS, Application Management Service ) 中完成申請表中的資料欄位，接著將欲使用 UK Biobank 數據的研究人員作為合作者加入應用程序中，並留下有權代表該申請機構簽署材料轉讓協議 ( MTA, Material Transfer Agreement ) 之簽字人的聯繫資訊。
接下來， UK Biobank 團隊將審核申請，並通過 AMS 與申請者聯繫。而當申請獲得批准後，便會對申請單位請求費用，同時將 MTA 發送給該單位與被授權的簽字人。最後，在支付費用並歸還已簽署的 MTA 後，便會給予數據。
- 研究成果與實際成效
針對新冠肺炎疫情，UK Biobank 收集並分析了 20,000 名志願者，包括現有的英國生物銀行參與者及其 18 歲以上的子女和孫子女的血液樣本和症狀資訊，以期產生具有英國人口代表性的調查結果，並試圖了解感染 COVID-19 後抗體水平的持續時間。
該研究根據年齡、性別、種族和社會經濟地位來分析來自不同地區的人們的感染率，並長期監測這些感染率如何隨時間變化。而在已感染的人群中，UK Biobank 也評估了抗體在體內停留的時間，以幫助了解感染後免疫的科學知識與潛力，這項研究為國際研究提供了重要數據，以協助管理COVID-19 這令人聞風喪膽的流行病。
此外，透過 UK Biobank 持有的大量參與者數據，全球研究界也將能夠調查基因、生活方式和現有的醫療條件如何影響這種病毒在一個群體中的嚴重程度。
- 影響
UK Biobank 是世界上最詳細、長期的前瞻性健康研究，也是世界極大型的生物醫學資料庫，擁有豐富的研究資源，包含來自 50 萬英國參與者的深入遺傳和健康資訊。
UK Biobank 透過自家開創性技術和對參與者所進行的定期健康追蹤，幫助科學家和研究人員加深對人類健康和常見致命疾病的理解，使國際科學界能夠更好地了解一系列常見和威脅生命的疾病並進行重要研究。
此外，UK Biobank 包含來自學術界、工業界、慈善機構和政府專家之間多方的協力推動，目前來自 90 多個國家/地區的申請也逐年增長，身為同類型資料庫中規模極大、詳細與可公開使用的研究資源，UK Biobank 對全球醫學研究界影響深遠。
看完上述針對美、英兩大國 Biobank 的介紹，「Biobank 的遍地開花 – 談生醫資料的世界潮流 (下) 」將帶您一睹日本與奧地利 Biobank 的運作模式與實際影響，並提出建構完善 Biobank 的幾個關鍵，一解 Biobank 箇中玄機。
相關文章：生醫未來式 BioFuture：全球4大生醫資料庫的共享與應用（下）
參考文獻：
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