Il DOD Joint Pathology Center as a Resource for Researchers

ABSTRACT

Il Dipartimento della Difesa Joint Pathology Center (JPC) è la più grande collezione al mondo di campioni di patologia umana, che comprende circa 7,4 milioni di adesioni. Il biorepository, iniziato durante la guerra civile come raccolta di materiali ottenuti da procedure mediche e chirurgiche eseguite da medici dell’esercito, ospita campioni e dati associati ottenuti a scopo diagnostico. Essa detiene anche diverse collezioni di esemplari da parte del personale militare che ha condiviso un comune, esposizione legata al servizio o condizione medica. Questo articolo, che è tratto e adattato dal rapporto dell’Istituto di medicina 2012 “Usi futuri del Dipartimento della Difesa JPC Biorepository”, 1 riassume le informazioni sul repository, i suoi usi passati e le future questioni operative e sfide che il JPC deve affrontare mentre sviluppa un concetto di operazioni che gli consentirà di andare avanti come risorsa per i ricercatori.

INTRODUZIONE

Il Joint Pathology Center (JPC) è stato creato nel National Defense Authorization Act del 2008 (PL 110-181, §722) per servire come “centro di riferimento per la patologia per il governo federale.”Opera sotto l’egida del Dipartimento della Difesa (DoD) Uniformed Services University of the Health Sciences. Uno dei 4 compiti che la normativa assegna al CPM è la manutenzione, la modernizzazione e l’utilizzo dell’ex Armed Forces Institute of Pathology (AFIP) Tessuto Repository (Le altre 3 funzioni sono (1) diagnostica di patologia di servizi di consulenza in medicina, odontoiatria e veterinaria; (2) patologia istruzione, per includere l’istruzione laureato in medicina, compresa la residenza e di borse di studio e l’educazione continua in medicina; e (3) diagnostica di patologia di ricerca ). C’è stato molto interesse nell’utilizzo del deposito di tessuti per la ricerca medica ed è stato considerato “un tesoro nazionale e internazionale insostituibile” dal Defense Health Board.2 Questo articolo affronta la storia della collezione, i suoi usi passati e le questioni relative al suo valore di ricerca futuro e alla sua disponibilità per lo studio da parte dei ricercatori.

BACKGROUND: ISTITUZIONE E STORIA DELL’ISTITUTO DI PATOLOGIA DELLE FORZE ARMATE E DEL JOINT PATHOLOGY CENTER

La collezione di biospecimens attualmente detenuta dal JPC ha avuto le sue origini nella guerra civile degli Stati Uniti. Il Museo Medico dell’Esercito fu fondato nel 1862 dal generale di brigata del chirurgo dell’esercito William Hammond.3 Gli fu dato il compito di raccogliere e catalogare tutti gli esemplari di anatomia patologica che sarebbero stati di interesse per la medicina militare. Il museo serviva principalmente come collezione di riferimento, ma ospitava anche il pubblico in visita. Il Museo fu diviso nel Dipartimento di patologia e nel Laboratorio di istruzione nel 1910, iniziando la sua trasformazione da un magazzino a una struttura di consultazione, ricerca e istruzione.

Nei primi anni 1920, il museo ha creato il primo dei registri nel repository in collaborazione con l’Accademia di Oftalmologia e Otorinolaringoiatria. I registri fornivano un mezzo attraverso il quale le società mediche che rappresentavano varie specialità potevano donare materiali, rafforzando e diversificando così la collezione del museo preservando esemplari preziosi per la comunità medica e creando legami tra ricercatori civili e personale del museo.4 Diversi altri registri sono stati istituiti negli anni successivi, compresi quelli per i tumori linfatici (1925), i tumori della vescica (1927), la patologia dentale e orale (1933) e la dermatologia (1937). L’introduzione dei registri e la continua adesione di migliaia di esemplari patologici al mese ha portato al museo di essere rinominato Army Institute of Pathology nel 1946.4 Esemplari ricevuti prima della dichiarazione di guerra degli Stati Uniti contro la Germania il 2 aprile 1917 sono stati assegnati al Museo Medico dell’Esercito, anche se quelli aderito dopo tale data divenne noto come il Repository centrale.5

La seconda guerra mondiale portò un altro afflusso di esemplari al deposito e con loro un nuovo mandato per servire tutte le forze armate statunitensi e l’Amministrazione dei Veterani (ora il Dipartimento degli Affari dei Veterani) come loro laboratorio centrale di patologia.4 In riconoscimento di tale ampliamento della missione, l’istituto è stato rinominato AFIP nel 1949. Il numero di nuove adesioni ha continuato ad aumentare attraverso il 1950, raggiungendo circa 75.000 all’anno.6 La crescita istituzionale durante il periodo ha incluso l’introduzione di rami negli animali da laboratorio; nuovi sforzi in aerospaziale, aviazione, forense, e patologia geografica; ed espansioni in consultazioni militari e civili e nei programmi educativi e di ricerca. Oltre 200 studi di ricerca utilizzando materiali biorepository sono stati condotti nel 1955 a 1960 da solo.4

I progressi scientifici e tecnologici in campi come l’analisi del DNA, la microscopia e l’elaborazione digitale delle immagini hanno stimolato il lavoro di AFIP negli anni 1980 e 1990. Il Dipartimento AFIP di Scienze forensi è diventato il sistema medico esaminatore delle Forze Armate (AFMES) nel 1988. Il laboratorio di identificazione del DNA delle Forze Armate è stato assorbito nell’AFMES 3 anni dopo. Quel sistema centralizzato ha permesso la sorveglianza delle morti in servizio attivo e ha portato alla ricerca di miglioramenti nell’equipaggiamento protettivo e nella medicina di emergenza.

L’era vide anche l’istituzione del primo di una serie di registri di guerra e di coorte che furono creati sotto la direzione del Congresso o su iniziativa dell’Amministrazione dei veterani o del DoD.7 Essi comprendono registri rivolti al personale militare che ha partecipato alla guerra del Golfo Persico, Operazione Iraqi Freedom, e l’operazione Enduring Freedom; ex prigionieri di guerra; coloro che hanno ricevuto una diagnosi di leishmaniosi; e quelli esposti a agente arancione, uranio impoverito, agenti nervini, o frammenti metallici incorporati.8 A differenza di quasi tutti gli altri materiali presenti nel repository, i dati e i campioni in questi registri sono stati raccolti secondo protocolli di ricerca che sono stati esaminati da un comitato di revisione istituzionale.7

Quando entrò nel XXI secolo, il repository AFIP continuò a servire come una risorsa importante per la comunità medica, con il suo personale che forniva servizi educativi e diagnostici e migliorava le conoscenze attraverso la ricerca. Formazione di residenza, borse di studio, corsi brevi post-laurea, formazione continua e lezioni sono state fornite a professionisti medici nazionali e internazionali, mentre le tecnologie all’avanguardia sono state utilizzate per fare progressi nella patologia e in altre scienze.4 In particolare, un team di oltre 50 personale del repository ha utilizzato l’analisi del DNA e altri mezzi per identificare i resti recuperati dagli attacchi terroristici dell ‘ 11 settembre 2001 al Pentagono e al sito dell’incidente di Shanksville, in Pennsylvania, 1 delle indagini forensi più complete nella storia degli Stati Uniti.4

La Base Reallignment and Closure (BRAC) Act del 1990 (PL 101-510) ha formalizzato un meccanismo per migliorare l’efficienza dei militari chiudendo e consolidando le operazioni. La raccomandazione della Commissione BRAC del 2005 chiedeva il disestabilimento dell’AFIP—ad eccezione del Museo Nazionale della Salute e della Medicina e del deposito dei tessuti—e il trasferimento dell’AFMES e del registro del DNA.9 In risposta, il Dipartimento della Difesa ha intrapreso una rivalutazione dell’amministrazione e della portata dei suoi servizi di patologia.

Il disestablishment di AFIP ha sollevato preoccupazioni nelle comunità di patologia clinica diagnostica e di ricerca che erano centrate sulla perdita di un accesso pronto alle competenze del personale.10 Il National Defense Authorization Act del 2008 (PL 110-181, §722) ha creato il JPC per assorbire le collezioni di repository AFIP e continuare i servizi di consultazione, istruzione e ricerca.

La missione di consultazione civile dell’AFIP è stata interrotta nel settembre 2010 e il JPC ha assunto la responsabilità di accettare casi dal Sistema sanitario militare e da altre entità del governo federale il 1 ° aprile 2011. Il JPC è diventato pienamente operativo nel settembre 2011.

PANORAMICA: IL REPOSITORY JOINT PATHOLOGY CENTER

A partire dal 2011, il repository tissue JPC comprendeva circa 7.4 milioni di adesioni che lo rendono la più grande collezione di esemplari patologici umani nel mondo. Circa 3,2 milioni di adesioni fanno parte del Deposito centrale (noto anche come Raccolta centrale), che è composto principalmente da materiali biologici presentati per la consultazione da militari, altri governi e fornitori di medici civili dal 1917. I restanti 4,2 milioni di casi sono costituiti da materiale proveniente da impianti di trattamento militare chiusi nell’ambito del processo BRAC. Differiscono dalla Raccolta centrale in quanto includono la gamma completa di dati e campioni raccolti nel corso della fornitura di cure mediche di routine.

Tutto sommato, il repository include

• — 55 milioni di vetrini.

• — 31 milioni di blocchi di tessuto incorporati in paraffina.

• — 500,000 a 700.000 campioni di tessuto bagnato.

• — 29 saggi di microarray tissutale, ognuno dei quali può contenere centinaia di campioni.

• — Immagini radiologiche digitalizzate.

• — Campioni di patologia veterinaria.11

I campioni di tessuto (blocchi di tessuto impregnati di paraffina e tessuto fissato alla formalina) comprendono la maggior parte dei materiali utilizzabili per la ricerca medica e scientifica di base. Questi non sono limitati a malattie non comuni e rare, ma rappresentano invece alcune delle più grandi collezioni disponibili di campioni di tessuto per malattia nel mondo. Le adesioni comprendono non solo processi neoplastici ma anche campioni non neoplastici come malattie infettive e tropicali.

Tuttavia, ci sono diversi problemi associati alla collezione JPC che possono limitarne l’uso nella ricerca. Molti di questi sono caratteristici di tutte le vecchie collezioni di biomateriali e collezioni che sono state assemblate per scopi diversi dalla ricerca.12,13

I campioni sono stati raccolti in condizioni disparate e protocolli diversi, i cui dettagli sono raramente registrati al JPC. Anche se ora sono mantenuti in impianti di stoccaggio controllati dal clima, questo è stato solo il caso dalla metà degli anni 1980 e gli esemplari più vecchi sono stati probabilmente esposti ad alto calore e umidità. Tutti questi fattori possono compromettere la loro analisi utilizzando determinate tecnologie. Inoltre, i dati associati alle adesioni variano a seconda del campione e degli straordinari. Molti campioni hanno informazioni cliniche limitate e molto limitate o nessuna informazione di follow-up ad esse associata. Può quindi essere difficile condurre indagini più ampie e più generali sui materiali. E, la stragrande maggioranza dei campioni sono stati ottenuti per la cura clinica e non vi è alcun consenso specifico registrato per il loro uso nella ricerca. Queste questioni dovranno essere affrontate alla luce del mutato contesto giuridico e normativo che coinvolge biospecimens nell’ambito del processo di apertura del repository JPC più in generale per l’accesso dei ricercatori.

Asterand, un fornitore commerciale di tessuti umani e biofluidi, è stato assunto da Uniformed Services University of the Health Sciences nel settembre 2007 per valutare l’accuratezza e la completezza dei suoi database e per analizzare lo stato dei campioni. Il loro rapporto contiene ulteriori dettagli sulla qualità dei materiali nella collezione e la loro idoneità per scopi di ricerca futuri.6

USI DI RICERCA PASSATI DEL BIOREPOSITORY JOINT PATHOLOGY CENTER

Uno dei motivi principali offerti per preservare il biorepository JPC è che i campioni di questa collezione sono strumentali nell’affrontare i problemi di salute pubblica.14 L’esempio più importante di ciò comporta l’uso di campioni di tessuto nel deposito per sequenziare il virus dell’influenza del 1918, che uccise oltre 40 milioni di persone in tutto il mondo. Tale ricerca è stata di grande importanza in quanto può fornire indizi per evitare o mitigare future pandemie influenzali. Nel 1995, un gruppo di ricerca guidato da Jeffery Taubenberger, capo della divisione di patologia molecolare di AFIP, ha utilizzato una tecnologia che potrebbe estrarre frammenti di RNA dal tessuto fissato in formalina e incorporato in paraffina per sequenziare il virus dell’influenza del 1918.15 I ricercatori hanno esaminato oltre 100 casi di autopsia dalla pandemia che sono stati conservati nel biorepository AFIP e hanno trovato 1 caso che è risultato positivo alla presenza di RNA influenzale. Da quel campione, hanno sequenziato 4 segmenti genici, che hanno rivelato che l’agente patogeno era un virus dell’influenza A H1N1. Si temeva che non ci sarebbe stato abbastanza materiale per sequenziare l’intero genoma. Fortunatamente, un altro scienziato, Johan Hultin, ha fornito all’istituto un campione di polmone infetto da una vittima dell’influenza del 1918 a Brevig Mission, in Alaska, che ha riesumato.16 I ricercatori hanno confrontato le sequenze di un segmento genetico di entrambi i campioni con la sequenza di un terzo campione di influenza del 1918, che è stato trovato nel biorepository AFIP dopo un secondo ciclo di screening nel 1997, e hanno scoperto che i tre erano quasi identici. I ricercatori hanno deciso di sequenziare il resto del genoma utilizzando il campione che conteneva la maggior parte del materiale, il caso Alaska. Alla fine, i campioni di tessuto dal repository AFIP sono stati determinanti nel sequenziamento di 4 dei segmenti genetici 11 del virus dell’influenza 1918. Nel 2008, il team di Taubenberger ha seguito il loro studio esaminando 58 casi dalla pandemia influenzale del 1918 nel repository AFIP e “dati epidemiologici, patologici e microbiologici dai rapporti pubblicati per gli esami postmortem 8,398 che riguardano questa domanda” per determinare che la causa primaria di morte dalla pandemia era la polmonite batterica secondaria.17 I dati sono correlati anche con i risultati delle pandemie influenzali del 1957 e del 1968 e aiuteranno a pianificare le future pandemie.

Gli esemplari del biorepository AFIP sono stati importanti anche per altre scoperte nel corso della sua storia. US Army LTC Joseph Woodward è stato il primo patologo presso l’istituto, che è stato poi chiamato Army Medical Museum. Nel 1862, generò sezioni di tessuto da autopsie di vittime della guerra civile che soffrivano di diarrea cronica. Woodward ha usato quelle sezioni per rivoluzionare il campo dell’istologia negli Stati Uniti stabilendo l’uso di coloranti sintetici all’anilina per macchiare particolari parti del tessuto—una pratica che era stata sviluppata indipendentemente 2 anni prima in Germania, ma non aveva ancora raggiunto gli Stati Uniti.18,19

Circa 100 anni dopo, quando i ricercatori hanno esaminato i casi biorepository di bambini che avevano la sindrome di Reye, hanno scoperto che la sindrome era legata all’uso di salicilato (aspirina) per trattare la varicella e le infezioni respiratorie superiori.20 Dopo questa scoperta, la Food and Drug Administration ha emesso un avvertimento sull’uso di aspirina nei bambini e nei neonati che avevano l’influenza o la varicella, e l’avvertimento è correlato con un declino nell’insorgenza della sindrome di Reye.

I ricercatori AFIP hanno esaminato ed eseguito autopsie dal 2003 al 2005 su marines statunitensi morti in Iraq e Afghanistan. I dati ottenuti sono stati influenti nel proteggere e trattare le nostre truppe. Ad esempio, i ricercatori hanno stabilito che avere un’armatura che proteggesse la spalla, la schiena, il petto e il lato può prevenire la maggior parte delle lesioni fatali21, 22; ciò ha portato allo sviluppo di un’armatura più efficiente per il personale militare da parte del Dipartimento della Difesa.23 Scansioni del corpo hanno rivelato che gli aghi e tubi inseriti in membri di servizio affetti da polmone collassato erano troppo piccoli per circa la metà del personale militare. Quella scoperta ha portato il Dipartimento della Difesa a passare a tubi più spessi per trattare i polmoni collassati.23,24 Infine, i campioni che sono stati archiviati presso l’AFIP sono stati utilizzati per descrivere malattie rare,come la papillomatosi25 e l’ibernoma, 26 in modo che possano essere diagnosticati più facilmente.

Una storia 2011 del biorepository4 include una serie di esempi aggiuntivi di come i suoi beni sono stati utilizzati per far progredire la salute dei membri dei Servizi armati e del pubblico in generale.

THE INSTITUTE OF MEDICINE RECOMMENDATIONS REGARDING THE USE OF THE JPC TISSUE REPOSITORY

Mentre la transizione dall’AFIP al JPC stava avvenendo nel 2010, il DoD ha chiesto all’Istituto di Medicina (IOM) di convocare un comitato di esperti per offrire consigli su diverse questioni relative al funzionamento del biorepository e alla gestione della sua raccolta. Le domande poste nella sua dichiarazione di compito erano focalizzate su questioni relative all’uso futuro appropriato degli esemplari in consultazione, istruzione e ricerca. In risposta, l’OIM ha convocato un comitato di esperti, elencato nei Riconoscimenti, per rispondere a queste domande. Ha prodotto il rapporto 2011 “Usi futuri del Dipartimento della Difesa Joint Pathology Center Biorepository” 1 da cui parti sostanziali di questo articolo sono estratti o adattati.

Il rapporto del comitato OIM ha concluso che consentire un ampio accesso ai materiali del repository JPC promuove il bene pubblico attraverso il progresso delle conoscenze mediche e scientifiche. Beneficia anche il Dipartimento della Difesa promuovendo lo sviluppo di informazioni sui determinanti della malattia e sulla buona salute nei membri del servizio e nei veterani. Tuttavia, ha identificato sfide significative con la trasformazione del repository in una risorsa di materiali di ricerca biospecimens.

La relazione ha affrontato due grandi temi: considerazioni operative e il panorama etico, legale e normativo relativo all’utilizzo dei materiali. Un problema generale, come accennato in precedenza, è l’incertezza sull’utilità di alcuni dei biospecimens della raccolta e dei dati associati a fini di ricerca. Il comitato ha offerto raccomandazioni sui protocolli per guidare le decisioni del JPC su quando conservare materiali potenzialmente utili e quando smaltire campioni che non hanno né uso clinico né ricerca unica o valore educativo. Hanno anche offerto suggerimenti sulle migliori pratiche, procedure e garanzie volte a facilitare un ampio uso del repository tissue.

Il rapporto ha anche fornito ampie discussioni e raccomandazioni per quanto riguarda il complesso insieme di considerazioni che vanno a determinare se e quando i campioni raccolti per scopi clinici possono essere utilizzati per la ricerca. Ha fornito indicazioni al JPC sullo sviluppo di politiche e processi che non solo dimostrano trasparenza e rispetto per i soggetti di cui detengono gli esemplari, ma sono abbastanza flessibili da adattarsi ai mutevoli requisiti normativi e legali e all’evoluzione degli standard etici in materia di privacy e sicurezza delle informazioni.

Il problema di soglia che il JPC deve affrontare per facilitare l’uso del repository è l’incertezza sull’utilità della sua collezione di biospecimens. Le variazioni nella manipolazione preanalitica dei campioni, nella preparazione e fissazione dei campioni, nella manipolazione e conservazione postfissazione e nella documentazione di accompagnamento influiscono notevolmente sulla loro idoneità per alcune forme di analisi. Ciò non significa che tali campioni non abbiano valore, ma indica che gli operatori di tale archivio devono essere cauti nelle loro aspettative e rappresentazioni. I progressi tecnologici cambieranno senza dubbio i criteri per determinare se determinati esemplari sono adatti allo scopo in modi che possono renderli meno o più utili.

Come una delle uniche fonti di campioni di tessuto per malattie non comuni e rare e come la più grande collezione di campioni per coorti di malattie nel mondo, il JPC ha non solo un’opportunità unica di rispondere a domande chiave riguardanti problemi di salute nelle popolazioni militari e veterane, ma anche opportunità di sostenere la più ampia comunità di ricerca medica. Il centro riconosce che l’uso del repository nella ricerca richiede un approccio organizzato che incoraggia le partnership e affronta le sfide significative delineate nel rapporto OIM. Il JPC sta sviluppando il suo concetto di operazioni utilizzando le raccomandazioni dell’IOM e si aspetta che il repository sia pronto per l’uso nella ricerca entro l’anno fiscale 2016.

RICONOSCIMENTI

Parti sostanziali di questo articolo sono estratti o adattati dal rapporto 2012 dell’Istituto di Medicina Usi futuri del Dipartimento della Difesa Joint Pathology Center Biorepository. Tale relazione è stata redatta dal Comitato per la revisione dell’uso appropriato del repository tissutale di AFIP dopo il suo trasferimento al Joint Pathology Center: Nel 2007, il gruppo ha pubblicato un album di inediti, intitolato “La vita di una donna”, che ha visto la partecipazione di un gruppo di giovani artisti.