生物样本资源是科学研究的基础。高质量的生物样品对生物医学研究研究结果起着极其重要的作用。生物样品通常在生物库中保存很长时间，保证生物样品的质量至关重要。
基于目前多数生物样本的质量标准，其质量评价往往从分子完整性和病理形态学的角度进行，如 DNA 浓度和纯度、DNA 完整性、RNA 完整性等。随着生物样本库中样本数量的急剧增加，会面临诸如运输和样本处理错误、样本标签问题，以及样本污等问题。所以，迫切需要一套可轻松评估样本遗传生物材料（例如 DNA）的身份信息和质量的系统，以便在收入及分发环节对样本进行鉴定和质控，以保持样本的一致性。
近日，来自上海芯超生物科技有限公司的研究团队在线发表研究成果，应用 Standard BioTools 微流控技术和 Advanta™ Sample ID Genotyping Panel，对生物样本库样本的同源性、交叉污染、降解程度等方面进行研究，发现该系统可用于同源性鉴定和交叉污染分析，根据这些指标评估生物样本的质量，将有助于保持生物库的高可靠性和可信度。同时，该解决方案具有高通量、自动化、低成本的特点。此外，微流控芯片还具有开放性的特点，客户可根据需要定制个性化SNP位点进行质控和监测，方案易于整合到任何生物样本库的实验流程中。
目前 DNA 分子指纹图谱的传统方法是短串联重复序列 (STR)，相比 STR，SNP 分型具有显著的优势：1. 作为遗传标记，SNP 比 STR 更为稳定；2. SNP 对 DNA 样本的要求更低，适应更多的特殊样本；3. SNP 的检测样本成本更低，且通量更高；4. SNP 检测位点的数量远高于 STR（STR 遗传标记可复合扩增 15-20 个位点，SNP 遗传标记复合扩增 50 个以上的位点）。
图 1. 分子样本鉴定（DNA 指纹图谱）能够特异性地识别每个样本，同时评估样本质量、遗传性别和预测种群，不受限于样本类型。
Standard BioTools 提供基于经典微流控技术的 Advanta™ Sample ID Genotyping Panel， 该 Panel 含 96 个 SNP，可以分析每个样本的 DNA 标志物，生成样本独特的、不可消除且不可转移的指纹图谱。SNP 多态性结合微流控芯片可用于满足大样本通量和多个 SNP 分析的需求，并且具有简单、快速、可靠、低成本的特点。文中作者对这项技术很感兴趣，因此决定从同源性、交叉污染、降解程度等方面分析其作为样本质控的可行性。
本研究收集了 62 个人体样本，样本类型包含正常组织、癌组织、癌旁组织、全血、白细胞和其他类型。采用 5 对配对的癌及癌旁组织和 5 对配对的血液及组织进行同源性鉴定。每一对都来自同一个病人。准备两个样品进行混合以检测交叉污染。使用 5 个完整样品和 5 个可降解样品比较降解程度对 SNP 检测的影响。其余 30 个样本为随机样本。
包含 NTC 在内，客户共计测试 96 个样本，每个样本检测 96 个 SNP，采用一张 Juno 96.96 芯片即可完成所有测试，整个运行时间（含手工操作）仅 4 小时，非常快速简便。样本浓度在 7-200ng/ul 之间，全部可直接上芯片进行检测，样本使用量低。
图 2. 从样本制备到数据分析的 Advanta Sample ID 实验流程。人工操作仅 30 分钟，96 个样本的检测可在约4小时内完成。
对于生物样本的同源性鉴定，发现以相似性评分 cutoff 0.8620，可以有效区分同源性和非同源性。在数据分析中（表 1），我们发现配对的癌与癌旁组织的同源性与配对的血液与组织的同源性相似。
表 1. 同源性样本的相似性评分
生物样品的交叉污染是一个公认的问题，在该研究中，作者制备了两组以一系列特殊比例混合的混合物来检测交叉污染。从表2可以看出，随着亲本含量的增加，相似度得分越来越高。
表 2. 样本交叉污染的检测
按照这个趋势，污染可以被识别出来。在 STD8:STD6 混合集中，Sample ID Panel 能检测出 5%(26.9% 的浓度) 的污染 (表 2)。在 jj3:1-P 混合集中，Sample ID 面板能检测出 jj3 中 1%(*14.3% 的浓度) 的污染，1-P 中 80%(*20.0% 的浓度) 的污染 (表 2)。通过观察，很容易发现灵敏度依赖于样品特性和混合比例。建立交叉污染的识别标准是可行的，但需要更详细的测试。在未来的研究中，作者将分析更多不同样品类型和不同浓度比的样品，以确定交叉污染鉴定的灵敏度。
根据前面的分析和讨论，相似性评分可以用来区分非同源样品和污染样品。然而，仍有一个关键点需要提及。同源性鉴定和交叉污染分析的应用要求不同。在我们做同源性鉴定之前，我们必须知道所有的样品都是无污染的。在确定样品是否被污染时，需要将其与亲本样品进行比较。有必要确保在相似性计算中使用的亲本样品没有受到污染。因此，我们建议在所有原始样本进入生物库时进行 SNP 基因分型，并建立 SNP 基因分型数据库，以便及时检索和比较。
作者还测试了样品降解程度对 SNP 基因分型的影响。结果表明（表3），Sample ID Panel 与最小 DIN 为1.9的降解样品兼容。这表明 Advanta Sample ID Panel 可以用于评估严重降解的样品(即福尔马林固定和石蜡包埋的组织，在基因组学方面具有广泛的应用优势)。因此，可以有效地将越来越多的回顾性样本利用起来。
表 3. 完整样本和降解样本 SNP 分型结果的比较
总体而言，Standard BioTools 提供的基于经典微流控技术的 Advanta™ Sample ID Genotyping Panel，可用于同源性鉴定和交叉污染分析。通过同源性鉴定和交叉污染分析来评估生物样本的质量，将有助于保持生物库的高可靠性和可信度。
该方法为分子样本鉴定提供了高通量、自动化、低成本的解决方案。同时，微流控芯片还具有开放性的特点，客户可根据需要定制个性化 SNP 位点进行质控和监测，该方案易于整合到任何生物样本库的实验流程中。
参考文献：
Wang C, Hu Z, Zhang X, et al. Homology Identification and Cross-Contamination Analysis: A Method for Evaluating the Quality of Biological Samples Stored in a Biobank Using the Advanta Sample ID Genotyping Panel[J]. Biopreservation and Biobanking, 2023.