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分布式生物銀行模型:為什么生物樣本需要區塊鏈

來源: 區塊網 作者:考拉
在這里,來自國際生物和環境知識庫協會的幾位專家提供了一個關于分布式生物數據庫模型的新視角,包括提供了一個為什么生物物種需要區塊鏈的說明。......
在這里,來自國際生物和環境知識庫協會的幾位專家提供了一個關于分布式生物數據庫模型的新視角,包括提供了一個為什么生物物種需要區塊鏈的說明。

當你生病時,醫生可能會要求你提取身體中的某些東西來進行檢查(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,是因為個人生物基因對了解人類生物學和我們遇到的疾病至關重要。

生物基因包含醫生和研究人員用來了解病人患有何種疾病的信息,并確定應該用于臨床管理的可能治療方案。通過生物技術的進步,生物技術中的信息現在可以被輕易的提取,導致大量的數字數據以機器可讀的形式被捕獲。這種生物特異性的“數據化”產生不同類型的“基因組”數據(基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、表觀基因組學),反映疾病中正在發生的分子事件。這也可能是來自醫學和顯微組織樣本圖像分析的信息。在建立個性化的疾病治療框架時,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雜性。隨著數字信息對醫療系統的影響日益顯現,個性化醫療將由活躍在生物醫學領域的計算科學家和數據分析師來指導。

集中生物標本的問題

在生物醫學研究中,將其核心活動集中到聚合設施或"存儲庫"(如節點、數據庫或注冊表)是一種根深蒂固的做法。目前的組織處理實踐尋求將生物標本聚合到巨型冰柜中,這些冷凍室與有批的臨床和"omic"數據數據庫、患者信息登記和研究項目倫理同意書相關聯。在過去 20 年中,生物標本聚集到生物庫中,預計到 2022 年,生物標本將成為一個 27 億美元的產業。生物庫作為基本上自主的自治實體經營其儲存庫,通過病理學服務內的安排或直接從手術中獲得生物標本。雖然圍繞戰略規劃的敘述承認"生物庫對醫學研究至關重要",但大量報告強調了低生物庫利用率如何助長不可持續的生物庫模式。盡管宏偉的計劃將生物標本聚合到越來越大的集中設施中,但它們尚未實現其潛力。其原因是多方面的,受以下問題的影響:研究中的狹隘主義、未經研究人員釋放的標本的生物儲存、能力問題、糟糕的商業模式、生物標本與患者記錄分離和脫離醫療環境的研究。

集中化生物標本還存在著其他已知困擾集中模式的缺點。具體來說,生物標本聚合會在系統內產生單點故障,需要過度保護和持續警惕來維護安全性。生物標本的集中存儲沒有明確的動機,其成功使用導致遺留收藏沒有目的,留下未使用的生物標本衍生信息,產生噪音,并引發相關性問題。最后,集中化從生物標本的主要來源上去除,這導致了關鍵利益相關者的參與損失。決策過程回歸到一個獨立的“權威”中,由它來決定獲取的權利,這就要求捐贈者無條件地信任生物銀行的做法和動機。綜上所述,將生物專家聚集到中心設施中,將他們能夠提供的信息緩存到由少數人控制的系統中,這些人可能會審查生物專家持有的信息,從而決定研究的敘述,同時限制許多其他人的公開發現和探索。

使用區塊鏈分散化生物標本資源

生物技術衍生信息需要大膽和創新的戰略來影響數字衛生倡議。將聚集的生物庫轉移到一個管理作為數字健康信息流的組成部分的生物種群模型,將徹底改變我們如何從來自生物物種的信息中學習。分布式模型依賴于許多獨立參與者的存在,這些參與者通過并行執行的共同標準共同管理流程。為了使分布式模型起作用,該系統所需的所有組件都必須分散化,包括同意慣例、道德和治理監督、患者參與、生物技術轉移物流、數據化過程、質量管理、研究成果傳播,甚至臨床決策。分散的環境中,分散的過程從一個中央權威的組織或團體中分離出來,決策由具有不同觀點的人合作,從而帶來更大的客觀性。

我們設想生物庫將受益于區塊鏈技術。區塊鏈作為一種廉潔的共享數字賬本,通過跟蹤向研究人員安全、合乎道德的生物專用化學品轉移,實現分布式、安全、透明和健壯的交易。該區塊鏈實現的目的是構建可信的分布式應用程序,這些應用程序運行時不會出現停機、審查、欺詐或第三方干擾,這對于在研究環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范得以實現,使人類研究倫理委員會和治理機構能夠全面、透明地、安全地和自動管理科研誠信的要求同時避免重復的參與者之間的干預。區塊鏈技術使系統中的參與者之間同步數據的方法不受懷疑影響。如果以組織為基礎的科學是一個信息學問題,那么生物種應該成為信息流鏈中的第一塊。

圖1:Genobank.io開發的用于對生物物種及其相應的DNA/RNA數據集進行標記化的生物種信息學塊鏈中的擬議步驟。

1. (a) 捐助方創建一個“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,并為即將到來的“多對象”數據集創建一個空的唯一的數字存儲庫。

2. (a) 捐助方將其生物標記存入二維/條形碼管。(b) 捐助方掃描管碼,在生物墻中創建一個獨特的不可替換代幣(NFT),其中包含的信息包括全球定位系統位置、過期日期、品牌、日期和時間記錄為元數據。

3. 捐獻者將生物標本運往指定的生物庫或實驗室。

4. (a) 生物庫接收生物群,掃描二維碼,并通過互聯網與生物銀行連接。生物標志物/試管都被引用為一個特定的生物標簽,即生物墻的所有者是唯一能夠接收、解密和共享相應的數據集和信息的標記。標本一旦被生物庫接收,捐獻者將收到代幣性獎勵。

5. 交易被記錄在公共區塊鏈中,指定數據標準的使用。

6. (a) 生物庫/實驗室處理生物標本,并應用所有擴增或制備庫。提取DNA/RNA,并對過程進行數字化。

7. DNA/RNA的測序使用最好的可用技術。

8. a) 數碼原始數據生成 b) 捐助者的私人鑰匙加密原始數據,并創建不可替換的代幣。從這個數據集中可以創建可替換代幣,以便使用對應的生物墻發布序列化副本,其中必須使用私鑰對所有交易進行簽名。

9. a) 將加密原始數據儲存在指定的專用分散化數字儲存庫b)告知捐助者其數據可通過加密的專用電文系統獲得。

關鍵詞: 區塊鏈  區塊鏈技術  
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