自动化生育力储存库建设方案

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    1.项目背景

    1.1.什么是生育力

    生育力是指怀孕和生育后代的能力,生育力保存是指对可能引起男女性生育力下降的各种因素采取早防早治及一些保护或保存措施, 使这些存在不孕或不育风险的成人或儿童能够保护其生殖内分泌功能或保存生殖潜能,以达到产生遗传学后代的能力。生育力保存包括女性及男性生育力保存。女性生育力保存是储备女性生育力及内分泌功能的“银行”——卵巢,包括卵巢组织冷冻保存及再移植,卵子冷冻(未婚女性),胚胎冷冻(已婚女性)以及卵母细胞体外成熟(IVM)等。男性生育力保存则为精子的冷冻保存。

    1.2.为什么要生育力储存

    生育力保存,对于欲推迟生育年龄的健康人群、从事有生殖系统意外风险的高危从业者如警察、消防员、IT工程师等,以及因病影响生育的患者,有着非常重要的意义。尤其是肿瘤患者,年轻患者是生育力保存的主要目标人群。

    1.3.生育力储存中心的服务项目

    1、精子冷冻

    针对人群:1)接受辅助生殖技术时,有合理的要求,如取精困难,少弱精症者;2)出于“生殖保险”目的,如在接受致畸剂量的射线、药品、有毒物质、绝育手术之前,以及夫妻长期两地分居,需保存精子准备将来生育等情况下要求保存精液。其中包括患有严重疾病的男性,如须进行睾丸切除、附睾手术、影响性功能的手术前,以及肿瘤病人采取放疗、化疗术前等的自精保存者。

    2、未成熟/成熟卵子冷冻

    由于国内法律限制,健康女性不能实施卵子冷冻项目。因此本服务仅针对符合国内相关规定的女性人群,如肿瘤、自身免疫性疾病患者、卵子成熟障碍患者等。

    3、胚胎冷冻

    根据国家规定,本服务只适用于进行试管婴儿疗法的已婚人群。

    4、卵巢组织冷冻

    卵巢是储备女性生育力及内分泌功能的“银行”。随着辅助生殖技术的飞速发展,卵巢组织冷冻技术近年来逐步成熟。卵巢组织冷冻需要通过腹腔镜手术实现。能够在短短一小时内获得数百枚的各级卵泡,由于手术创伤少,患者在手术当天即可恢复正常生活,并可以开始肿瘤化放疗,不会延误诊治。

    1.4.为何要建立生育力储存库

    生育力保存中心可以开展有多项辅助生殖技术服务,包括:体外受精-胚胎移植技术、单精子显微注射技术、宫腔内人工受精技术、精子卵子胚胎冷冻技术、胚胎冻融移植技术、胚胎辅助乳化技术、多胎妊娠减灭术、囊胚冷冻及融解后移植术、捐精体外受精-胚胎移植技术、复发性流产中西医结合疗法等。冷冻保存是体外受精-胚胎移植的重要相关技术,如果不能成功地冷冻人类精子、卵子及胚胎,辅助生殖技术就不能得以完善和发展,其效益也就不能得以充分利用。因此,建立完备的生育力保存中心,对于推进生殖医学研究的发展乃至我院综合实力的提高,具有非常重要的意义。

    2.生育力储存库建设方案

    2.1.样本冷冻

    生育力保存中心是为辅助生殖项目而服务的,只有提供高活力的样本,辅助生殖项目的实施才能成为可能。因此,衡量生育力保存中心综合水平的重要标准,在于是否能够较大化保证保存样本的复苏率及活力,而样本的复苏率与活力高低,与样本保存过程中的所有环节都有关系。其中,样本的冷冻和存储两个环节,是样本复苏率及活力重要的决定性因素。

    慢速冷冻法是目前临床上常用的样本冷冻方法,慢速冷冻,也称程序降温,是指样本从室温开始,以适当的速率缓慢降温至保存温度的方法,通过这种方法,可以使样本内部形成均一、细小的冰晶,从而不会对样本的细胞膜、细胞器造成损伤和破裂。

    慢速冷冻法需要用到程序降温设备,质量可靠的程序降温设备也是保证慢速冷冻法效果的前提。来自德国ASKION的WB230自动化程序降温工作台,依据严格的欧洲标准设计和生产,可提供可靠的程序降温效果。

    WB230自动化程序降温工作台,可用来对生物样品如血成分、组织、细胞、精子、卵子以及DNA/RNA等多种样本进行程序降温。WB230自动化程序降温工作台配备三个样本升降台,可同时对600ml的样本进行程序降温。另外,升降台彼此相互独立工作,可允许用户同时对三种不同降温速率的样本进行操作。

    除此之外,WB230自动化程序降温工作台还配有一个温度低至﹣110℃的操作平台,用户可以对已经冷冻完毕的样本进行分装、信息扫描录入等操作,而无需担心样本出现反复冻融。

    WB230自动化程序降温工作台可实时记录样本的操作信息,并随时供用户查看及调用,保证样本信息追溯的可靠性。此外,WB230自动化程序降温工作台还可与医院的HIS系统相连,实现数据共享。

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    图1: WB230自动化程序降温工作台

    2.2.样本保存

    目前临床上的样本保存,通常使用的是液氮存储罐,将样本浸入液氮中进行保存。这样虽然可以获得低的保存温度,但要求样本须要严格密封,不但需要把盖子拧紧,往往还需要额外在样本外部加上密封膜,否则容易出现样本交叉污染,不但费时费力,而且风险仍然存在。实际上,广泛的研究表明,样本只需要保持其温度在结晶化温度(﹣130℃),就可以很好的保存其质量。目前能够满足样本的这一需求的除了液氮保存以外,还有气相液氮保存。气相液氮保存,是指将样本存储在蒸发的气态液氮中,而不是直接浸入液氮,因此,避免了样本出现交叉污染或液氮渗入的情况发生。因此,气相液氮存储,是保存生殖细胞/组织这类异常珍贵样本的方式。

    除了保证样本存储在气相液氮环境中外,如何保证样本在保存期间不会发生反复冻融,也是需要考虑的重要问题。常规的气相液氮存储罐,在存储样本时需要将样本所在的存储架从存储罐取出,暴露在温暖的室温环境中进行操作,这样对于同一个存储架中的样本来说,很容易出现温度升高超过﹣130℃,导致发生重结晶,不可逆性的损坏样本质量。研究显示,样本在反复冻融2-3次后,其复苏后的存活率将下降多达70%。基本上就无法使用了。另外,手动存取的方式也容易出现错放、错拿、漏拿等人为操作失误,导致重大事故。

    目前各个国家越来越趋向于运用自动化设备对样本进行存储,从而避免人为操作失误,同时还可方便数据管理及数据共享。目前已知的大型样本库如荷兰Lifelines生物银行、梅奥诊所、瑞士伯尔尼大学小岛医院等,均采用了自动化存储设备来为他们的珍贵样本提供保障。

    来自德国ASKION的HS200S自动化液氮存储罐,是目前市面上具有优势地位的自动化存储设备。HS200S自动化液氮存储罐可为样本提供稳定的气相液氮存储环境,样本的存取通过自动化机械臂在低至﹣110℃的深低温环境中进行,避免了样本反复冻融以及人为操作失误的风险。另外,HS200S自动化液氮存储罐可以实时记录包括温度记录、存取记录、历史操作信息、使用者在内的多种信息,为样本提供全流程可追朔的信息记录,而且HS200S自动化液氮存储罐同样可与医院的HIS管理系统进行连接,实现数据共享,大大方便保存中心的管理。

    除此之外,HS200S自动化液氮存储罐还可以通过配备外部自动化轨道,实现多台HS200S自动化液氮存储罐的互联,样本在不同设备间的转移可自动化完成,用户也无需把样本提至目的存储设备,只需要放在轨道运输站即可。

    HS200S自动化液氮存储罐具有配套的运输容器,同样是气相液氮环境,可以保证样本在运输过程中(轨道上或者出入库)一直保持﹣130℃以下。

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    图2 HS200S自动化液氮存储罐


    综上所述,德国ASKION C-line自动化液氮存储罐可为样本提供一条﹣130℃以下的全流程自动化冷冻链,从样本存储开始到样本解冻,保障样本的质量不受破坏。

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    图3 不间断冷冻链


    样本存储流程:

    拿到样本→通过控制电脑录入样本信息→将样本拿至WB230自动化程序降温工作台→程序降温→降温完成→将样本放入﹣150℃运输容器中→放至运输站→盛有样本的运输容器通过轨道及联轨站进入HS200S自动化液氮存储罐操作区→机械臂将运输容器内样本抓取转移至存储板指定位置→转移完毕→存储板存至存储罐中→空的运输容器通过轨道退回至运输站→存储完成。

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    图4 样本存储流程

    样本提取流程:

    用户通过控制电脑检索到待提取样本→发出提取指令→空的运输容器放入运输站→→空的运输容器通过轨道及联轨站进入HS200S自动化液氮存储罐操作区→操作区中,机械臂将存储板中指定提取的样本抓取转移至运输容器中→转移完毕→存储板退回存储罐中→盛有样本的运输容器通过轨道退回至运输站→用户取出运输容器→取出样本→提取完成。

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    图5 样本提取流程

    2.3.储存库建设

    生育力储存库预计占地面积约120平方米。整个生育力储存库包括有样本接收室和样本存储室两个功能区域,样本接收室占地约40平方米,用于对从临床提取出来的样本进行信息登记、冷冻等前处理,以及样本解冻等后处理工作,样本存储室则用于样本的保存,占地约80平方米。

    样本接收室配备有实验台及所需的处理仪器、信息录入电脑,以及一台WB230自动化程序降温工作台。

    样本存储室配备四台HS200S自动化液氮存储罐,通过外部自动化轨道进行连接,可实现2mL样本存储量达84456支,1mL样本存储量达167424支,0.5mL样本存储量达209280支,0.3 mL样本存储量达313920支。

    生育力保存中心平面图如下图所示:

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    图6 生育力保存中心平面图

    生育力保存中心三维效果图如下图所示:

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    7 生育力保存中心三维效果图-1

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    图8 生育力保存中心三维效果图-2






    1、生育力保存中心可以为多项辅助生殖技术提供服务,如:体外受精--胚胎移植技术、单精子显微注射技术、宫腔内人工授精技术等等...

    2、生育力保存中心可以为因为手术、放疗、化疗而影响未来生育能力的患者提供生育力保存

    3、生育力保存中心可以为从事有生殖系统意外风险的高危职业人员如:警察、消防员、IT工程师等提供生育力保存

    4、生育保存中心采用的是自动化设备对样本进行存储,可以避免因人为提取,存储造成的失误

    5、生育力保存中心采用的是储存方式为气相液氮储存,为生殖细胞/组织提供了很好的储存方式

    面积(㎡)120
    功能区域样本接受室(40㎡)、样本储存室(80㎡)
    设备数量实验室常规设备、一台德国ASKION WB230自动化程序降温工作台、四台德国ASKION HS200S自动化液氮存储罐
    储存方式不同规格的冻存管
    储存媒介气相液氮
    储存能力313920(支)


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