生物樣本需要區(qū)塊鏈的理由是什么

在這里，來(lái)自國(guó)際生物和環(huán)境知識(shí)庫(kù)協(xié)會(huì)的幾位專家提供了一個(gè)關(guān)于分布式生物數(shù)據(jù)庫(kù)模型的新視角，包括提供了一個(gè)為什么生物物種需要區(qū)塊鏈的說(shuō)明。

當(dāng)你生病時(shí)，醫(yī)生可能會(huì)要求你提取身體中的某些東西來(lái)進(jìn)行檢查（如組織活檢、血液樣本）、一些分泌物（唾液、宮頸拭子）或一些排泄物（如尿液、糞便），以確定你的身體出了什么問題。它們之所以這樣做，是因?yàn)閭€(gè)人生物基因?qū)α私馊祟惿飳W(xué)和我們遇到的疾病至關(guān)重要。

生物基因包含醫(yī)生和研究人員用來(lái)了解病人患有何種疾病的信息，并確定應(yīng)該用于臨床管理的可能治療方案。通過(guò)生物技術(shù)的進(jìn)步，生物技術(shù)中的信息現(xiàn)在可以被輕易的提取，導(dǎo)致大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以機(jī)器可讀的形式被捕獲。這種生物特異性的“數(shù)據(jù)化”產(chǎn)生不同類型的“基因組”數(shù)據(jù)（基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、表觀基因組學(xué)），反映疾病中正在發(fā)生的分子事件。這也可能是來(lái)自醫(yī)學(xué)和顯微組織樣本圖像分析的信息。在建立個(gè)性化的疾病治療框架時(shí)，必須以有意義和可操作的方式捕獲生物特異性蛋白衍生信息的復(fù)雜性。隨著數(shù)字信息對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)的影響日益顯現(xiàn)，個(gè)性化醫(yī)療將由活躍在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的計(jì)算科學(xué)家和數(shù)據(jù)分析師來(lái)指導(dǎo)。

集中生物標(biāo)本的問題

在生物醫(yī)學(xué)研究中，將其核心活動(dòng)集中到聚合設(shè)施或“存儲(chǔ)庫(kù)”（如節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫(kù)或注冊(cè)表）是一種根深蒂固的做法。目前的組織處理實(shí)踐尋求將生物標(biāo)本聚合到巨型冰柜中，這些冷凍室與有批的臨床和“omic”數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、患者信息登記和研究項(xiàng)目倫理同意書相關(guān)聯(lián)。在過(guò)去 20 年中，生物標(biāo)本聚集到生物庫(kù)中，預(yù)計(jì)到 2022 年，生物標(biāo)本將成為一個(gè) 27 億美元的產(chǎn)業(yè)。生物庫(kù)作為基本上自主的自治實(shí)體經(jīng)營(yíng)其儲(chǔ)存庫(kù)，通過(guò)病理學(xué)服務(wù)內(nèi)的安排或直接從手術(shù)中獲得生物標(biāo)本。雖然圍繞戰(zhàn)略規(guī)劃的敘述承認(rèn)“生物庫(kù)對(duì)醫(yī)學(xué)研究至關(guān)重要”，但大量報(bào)告強(qiáng)調(diào)了低生物庫(kù)利用率如何助長(zhǎng)不可持續(xù)的生物庫(kù)模式。盡管宏偉的計(jì)劃將生物標(biāo)本聚合到越來(lái)越大的集中設(shè)施中，但它們尚未實(shí)現(xiàn)其潛力。其原因是多方面的，受以下問題的影響：研究中的狹隘主義、未經(jīng)研究人員釋放的標(biāo)本的生物儲(chǔ)存、能力問題、糟糕的商業(yè)模式、生物標(biāo)本與患者記錄分離和脫離醫(yī)療環(huán)境的研究。

集中化生物標(biāo)本還存在著其他已知困擾集中模式的缺點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，生物標(biāo)本聚合會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生單點(diǎn)故障，需要過(guò)度保護(hù)和持續(xù)警惕來(lái)維護(hù)安全性。生物標(biāo)本的集中存儲(chǔ)沒有明確的動(dòng)機(jī)，其成功使用導(dǎo)致遺留收藏沒有目的，留下未使用的生物標(biāo)本衍生信息，產(chǎn)生噪音，并引發(fā)相關(guān)性問題。最后，集中化從生物標(biāo)本的主要來(lái)源上去除，這導(dǎo)致了關(guān)鍵利益相關(guān)者的參與損失。決策過(guò)程回歸到一個(gè)獨(dú)立的“權(quán)威”中，由它來(lái)決定獲取的權(quán)利，這就要求捐贈(zèng)者無(wú)條件地信任生物銀行的做法和動(dòng)機(jī)。綜上所述，將生物專家聚集到中心設(shè)施中，將他們能夠提供的信息緩存到由少數(shù)人控制的系統(tǒng)中，這些人可能會(huì)審查生物專家持有的信息，從而決定研究的敘述，同時(shí)限制許多其他人的公開發(fā)現(xiàn)和探索。

使用區(qū)塊鏈分散化生物標(biāo)本資源

生物技術(shù)衍生信息需要大膽和創(chuàng)新的戰(zhàn)略來(lái)影響數(shù)字衛(wèi)生倡議。將聚集的生物庫(kù)轉(zhuǎn)移到一個(gè)管理作為數(shù)字健康信息流的組成部分的生物種群模型，將徹底改變我們?nèi)绾螐膩?lái)自生物物種的信息中學(xué)習(xí)。分布式模型依賴于許多獨(dú)立參與者的存在，這些參與者通過(guò)并行執(zhí)行的共同標(biāo)準(zhǔn)共同管理流程。為了使分布式模型起作用，該系統(tǒng)所需的所有組件都必須分散化，包括同意慣例、道德和治理監(jiān)督、患者參與、生物技術(shù)轉(zhuǎn)移物流、數(shù)據(jù)化過(guò)程、質(zhì)量管理、研究成果傳播，甚至臨床決策。分散的環(huán)境中，分散的過(guò)程從一個(gè)中央權(quán)威的組織或團(tuán)體中分離出來(lái)，決策由具有不同觀點(diǎn)的人合作，從而帶來(lái)更大的客觀性。

我們?cè)O(shè)想生物庫(kù)將受益于區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈作為一種廉潔的共享數(shù)字賬本，通過(guò)跟蹤向研究人員安全、合乎道德的生物專用化學(xué)品轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)分布式、安全、透明和健壯的交易。該區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)的目的是構(gòu)建可信的分布式應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)停機(jī)、審查、欺詐或第三方干擾，這對(duì)于在研究環(huán)境中探索人體組織非常理想。智能合約的使用已被確定為使人類主體管理規(guī)范得以實(shí)現(xiàn)，使人類研究倫理委員會(huì)和治理機(jī)構(gòu)能夠全面、透明地、安全地和自動(dòng)管理科研誠(chéng)信的要求同時(shí)避免重復(fù)的參與者之間的干預(yù)。區(qū)塊鏈技術(shù)使系統(tǒng)中的參與者之間同步數(shù)據(jù)的方法不受懷疑影響。如果以組織為基礎(chǔ)的科學(xué)是一個(gè)信息學(xué)問題，那么生物種應(yīng)該成為信息流鏈中的第一塊。

圖1：Genobank.io開發(fā)的用于對(duì)生物物種及其相應(yīng)的DNA/RNA數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)記化的生物種信息學(xué)塊鏈中的擬議步驟。

1. （a） 捐助方創(chuàng)建一個(gè)“生物墻”（Genobank帳戶），具有公共地址和私鑰。（b）錢包用用戶提供的密碼加密用戶的私鑰，并為即將到來(lái)的“多對(duì)象”數(shù)據(jù)集創(chuàng)建一個(gè)空的唯一的數(shù)字存儲(chǔ)庫(kù)。

2. （a） 捐助方將其生物標(biāo)記存入二維/條形碼管。（b） 捐助方掃描管碼，在生物墻中創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)特的不可替換代幣（NFT），其中包含的信息包括全球定位系統(tǒng)位置、過(guò)期日期、品牌、日期和時(shí)間記錄為元數(shù)據(jù)。

3. 捐獻(xiàn)者將生物標(biāo)本運(yùn)往指定的生物庫(kù)或?qū)嶒?yàn)室。

4. （a） 生物庫(kù)接收生物群，掃描二維碼，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與生物銀行連接。生物標(biāo)志物/試管都被引用為一個(gè)特定的生物標(biāo)簽，即生物墻的所有者是唯一能夠接收、解密和共享相應(yīng)的數(shù)據(jù)集和信息的標(biāo)記。標(biāo)本一旦被生物庫(kù)接收，捐獻(xiàn)者將收到代幣性獎(jiǎng)勵(lì)。

5. 交易被記錄在公共區(qū)塊鏈中，指定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的使用。

6. （a） 生物庫(kù)/實(shí)驗(yàn)室處理生物標(biāo)本，并應(yīng)用所有擴(kuò)增或制備庫(kù)。提取DNA/RNA，并對(duì)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化。

7. DNA/RNA的測(cè)序使用最好的可用技術(shù)。

8. a） 數(shù)碼原始數(shù)據(jù)生成 b） 捐助者的私人鑰匙加密原始數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建不可替換的代幣。從這個(gè)數(shù)據(jù)集中可以創(chuàng)建可替換代幣，以便使用對(duì)應(yīng)的生物墻發(fā)布序列化副本，其中必須使用私鑰對(duì)所有交易進(jìn)行簽名。

9. a） 將加密原始數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在指定的專用分散化數(shù)字儲(chǔ)存庫(kù)b）告知捐助者其數(shù)據(jù)可通過(guò)加密的專用電文系統(tǒng)獲得。

來(lái)源： 區(qū)塊網(wǎng)