Perspectives and directions of biobanking in case of rare types of cancer
Authors: Petersen E.V. , Chudakova D.A. , Shiryaev A.A. , Khrushchova A.M. , Shabalina E.Y. , Shaker A.A.S. , Chernov T.A. , Karalkin P.A. , Reshetov I.V. 
Published: December 2024

Biobanking is an actively developing area of biotechnology and biomedicine. Briefly, Biobank is a comprehensively characterised biological material collected and stored by standardized methods and accompanied by detailed corresponding information, potentially available to many users. Modern biobanks are instrumental for development of new diagnostic and therapeutic approaches, drug development, personalized medicine and many aspects of pre-clinical research. In part, this is because biobanks are not only «places of sample storage», but also places for conducting research using collections of biomedical materials and all associated data, as well as teaching/ learning hubs providing methodology training and guidance with experiment design to biobank’s clients (and here we emphasize the importance of the human resources component of biobanks – researchers and their unique expertise in biobanking, as an integral part of biobank). Biobanking makes possible to perform various “omics” studies, such as genomics, epigenomics, transcriptomics, proteomics, lipidomics, metabolomics, microbiomics and other “omics” data, and combine them with data obtained on complex 3D tissue culture models, ex-vivo cultures, “patient-like” organoids and “avatars”, data obtained from medical image biobanks, radiology biobanks, and others. Such studies can be longitudinal, recruit participants from several geographical regions and of different ethnicity, involve big data analysis using artificial intelligence, include both ante mortem and post mortem samples, samples collected at different time points of chemo- and/or radio-therapy, et cetera. This review briefly describes the current state of biobanking and discusses the role of biobanks in the study of malignant neoplasms, with particular focus on the rare or poorly differentiated types of cancer (RPDC) and cancers of unkcnown primary (CUP). Unlike well-described types of cancer with known primary, there are cases of CUP when the primary sites of the appearance of cancer cells are not known, of them up to 25 percent are poorly differentiated, which significantly complicates histological typing of the tumor and selection of adequate therapy. Historically, poorly differentiated cancers have been excluded from many biospecimen collections. Rare cancers are malignant neoplasms with very low incidence, but despite low incidence they account to approximately 25 percent of all diagnosed cancers. There is a plethora of rare cancer types among Head and Neck cancers (HNC). In case of rare cancers, paucity of samples and sample-associated data, as well as slow accrual of the samples (so called “sample bottlenecks”) create significant drawbacks for translational oncologists. As a result, there are still significant inequalities in healthcare in case of RPDC/CUPs compared to common cancers, such as diagnosis uncertainty, limited therapies, drawbacks in the identification of novel therapeutic targets, and finally difficulties in conducting pre-clinical research and clinical trials, resulting in a survival gap between common cancers and RPDCs. Therefore, addressing these challenges is of utmost importance. Noteworthy, although rare subgroups of common cancers are not classified as rare cancers, patients belonging to such subgroups might face challenges similar to those affected by the rare cancers. Creating Rare and Poorly Differentiated Cancer Biobanks (RPDCB) and merging single biobanks into big consortia, as well as long-term sample collection in RPDCB, creates unique opportunity to use biobanking to study such diseases and can significantly facilitate research on their etiology and pathogenesis, drug development and therapy development, including personalized, targeted, and per-emptive therapies. In conclusion, there is an unmet need for creation of RPDCBs which should be addressed. Conflicts of interest. The authors have no conflicts of interest to declare.

Биобанкирование – это активно развивающаяся область биотехнологии и биомедицины. Вкратце, биобанк – это всесторонне охарактеризованный биологический материал, собранный и сохраненный стандартизиро- ванными методами и сопровождаемый подробной соответствующей информацией, потенциально доступной многим пользователям. Современные биобанки играют важную роль в разработке новых диагностических и терапевтических подходов, разработке лекарственных препаратов, персонализированной медицине и многих аспектах доклинических исследований. Отчасти это объясняется тем, что биобанки – это не только “места хранения образцов”, но и места для проведения исследований с использованием коллекций биомедицинских материалов и всех связанных с ними данных, а также центры преподавания/обучения, предоставляющие клиентам биобанка методическую подготовку и руководство по разработке экспериментов (и здесь мы под- черкиваем важность кадрового компонента биобанков – исследователей и их уникального опыта в области биобанкирования, как неотъемлемой части биобанка). Биобанкирование позволяет проводить различные “омические” исследования, такие как геномика, эпигеномика, транскриптомика, протеомика, липидомика, метаболомика, микробиомика и другие “омические” данные, и объединять их с данными, полученными на сложных 3D моделях культур тканей, культурах ex-vivo, “пациентоподобных” органоидах и “аватарах”, данных, полученных из биобанков медицинских изображений, радиологических биобанков и др. Такие исследования могут быть продолжительными по времени, набирать участников из нескольких географических регионов и разной этнической принадлежности, включать анализ больших данных с использованием искусственного интеллекта, включать как прижизненные, так и посмертные образцы, образцы, собранные в разные вре- менные точки химио- и/или радиотерапии, и т.д. В данном обзоре кратко описывается современное состояние биобанков и обсуждается роль биобанков в изучении злокачественных новообразований, особое внимание уделяется редким или плохо дифферен- цированным типам рака (РПДР) и раку с неизвестным первичным очагом (РНПО). В отличие от хорошо описанных типов рака с известной первичностью, при РНПО встречаются случаи, когда первичные очаги появления раковых клеток неизвестны, из них до 25 процентов являются низкодифференцированными, что значительно затрудняет гистологическую типизацию опухоли и подбор адекватной терапии. Исторически сложилось так, что плохо дифференцированные раковые опухоли исключались из многих коллекций биоо- бразцов. Редкие виды рака – это злокачественные новообразования с очень низкой частотой встречаемо- сти, но, несмотря на низкую частоту, они составляют около 25 процентов от всех диагностированных видов рака. Среди рака головы и шеи (РГШ) существует множество редких видов рака. В случае редких видов рака нехватка образцов и данных, связанных с образцами, а также медленное накопление образцов (так называемые “узкие места”) создают значительные трудности для трансляционных онкологов. В результате в здравоохранении все еще существуют значительные неравенства в случае РПДР/РНПО по сравнению с обычными раками, такие как неопределенность диагноза, ограниченность методов лечения, недостатки в определении новых терапевтических мишеней, и, наконец, трудности в проведении доклинических исследований и клинических испытаний, что приводит к разнице в выживаемости между обычными раками и РПДР. Поэтому решение этих проблем имеет первостепенное значение. Примечательно, что хотя редкие подгруппы распространенных видов рака не классифицируются как редкие раки, пациенты, принадлежащие к таким подгруппам, могут сталкиваться с проблемами, аналогичными тем, которые возникают при редких видах рака. Создание биобанков редких и плохо дифференцированных раков (РПДРБ) и объединение отдельных биобанков в крупные консорциумы, а также долгосрочный сбор образцов в РПДРБ создает уникальную возможность использования биобанков для изучения таких заболеваний и может значительно облегчить исследования их этиологии и патогенеза, разработку лекарств и терапии, включая персонализированные, целевые и упреждающие методы лечения. В заключение следует отметить, что существует неудовлетво- ренная потребность в создании РПДРБ, которую необходимо удовлетворить. Конфликты интересов. У авторов нет конфликтов интересов, о которых они могли бы заявить. Благодарности. Данное исследование стало возможным благодаря поддержке Ресурсного центра При- кладной Генетики МФТИ (грант поддержки 075-15-2021-684).