by Gianfranco Frau (CRS4) September 14 2011 @ CRS4 Seminar Series

1. 1
giovedì 22 settembre 2011

2. Laboratory Information Management System
perché, per cosa?
Gianfranco Frau frau@crs4.it
Aula Magna Dipartimento di Fisica Cittadella Universitaria di
20 Settembre 2011, Porto Conte
Monserrato 14 Settembre 2011
giovedì 22 settembre 2011

3. Definizione
In generale
Strumento Informatico a supporto di un Laboratorio.
Wikipedia
Software-based laboratory and information management system that offers
a set of key features that support a modern laboratory’s operations
3
giovedì 22 settembre 2011

4. Wikipedia
workflow and data tracking
General Features flexible architecture
smart data exchange interfaces
audit management
method management
time tracking data management
instrument maintenance
barcode handling
inventory
compliance
reports
quality assurance
chain of custody data entry
4
giovedì 22 settembre 2011

5. Breve storia
Evoluzione Tecnologica / Evoluzione LIMS
client/server
microcomputer moduli/integrazione
client/server
1989: ShotGun News
Quaderno database CEPH, Paris
1970 primi anni ’80 fine anni ’80 anni ’90 attuali
5
giovedì 22 settembre 2011

6. Breve storia
Evoluzione Tecnologica / Evoluzione LIMS
client/server
microcomputer moduli/integrazione
1991. BioBank LIMS
Genethon
Quaderno database
1970 primi anni ’80 fine anni ’80 anni ’90 attuali
6
giovedì 22 settembre 2011

7. Perché usare un LIMS?
Perché ne ho sentito parlare
Perché il mio Lab sta crescendo
Per risolvere situazioni critiche
Perché voglio/devo offrire un servizio di qualità
Per ridurre i costi
7
giovedì 22 settembre 2011

8. LIMS commerciali
8
giovedì 22 settembre 2011

9. LIMS commerciali
Sample Master® Pro LIMS
“is modular by design so that laboratories only buy the modules
that they require and can add new modules at any time. Modules
include: Sample Tracking, Data Entry, Sample Scheduling,
QA/QC, Electronic Data Entry, Chemical Inventory,
Resources Management, Customer Relations, Time Tracking
and LIMS Maintenance”
www.atlab.com Microsoft SQL Server / Oracle
LabLynz
Web Lims
customizzato per diverse tipologie: food, healt, life science
www.lablynx.com
Thermo Scientific LIMS
“Thermo Fisher Scientific is the world leader in serving science,
enabling our customers to make the world healthier, cleaner and
safer. With an annual revenue rate of more than $9 billion, we
employ 30,000 people and serve over 350,000 customers within
pharmaceutical and biotech companies, clinical diagnostic labs,
research institutions and government agencies,”
www.thermoscientific.com SOLUZIONI INTEGRATE
9
giovedì 22 settembre 2011

10. Soluzioni Open
Open-LIMS
“The idea behind Open-LIMS (Laboratory Information
Management System) is to create an Open Source project
management suite which is organism- and structure-independent
and can be expanded by additional extensions”
www.open-lims.org Web Based PHP5 - Postgres
eLab
Free per licenza individuale, parecchio limitato
www.ebiosys.com Windows Based stand alone
10
giovedì 22 settembre 2011

11. Quale LIMS per il mio lab?
Chi Siamo?
Cosa facciamo?
Cosa ci serve?
Quanti soldi abbiamo?
Dove stiamo andando?
11
giovedì 22 settembre 2011

12. Necessità
Tracciabilità
Efficienza ottimizzazione
Controllo degli errori
Automatizzazione
Strumenti di analisi
Strumenti di supervisione
Sicurezza
12
giovedì 22 settembre 2011

13. Imbarazzo della scelta?
A chi rivolgermi?
Chi addestra il personale all’uso del LIMS?
Chi mi risolve eventuali piccoli problemi?
Se poi non è quello che volevo?
Posso testare il sistema prima di acquistarlo?
13
giovedì 22 settembre 2011

14. Imbarazzo della scelta?
14
giovedì 22 settembre 2011

15. Imbarazzo della scelta?
Laboratory Informatics Institute
“Our mission is to help all laboratories become more efficient
and automated through the adoption of Laboratory Informatics
applications and systems. By establishing an open, trade
association, the members of the Institute will help shape and
direct the future Laboratory Informatics standards”
www.limsfinder.com
Forum Wiki Suppliers Documenti News
15
giovedì 22 settembre 2011

16. Funzionalità richieste
Batching
Audit Trail Scheduling/Calendar
Faxing & Emailing Reports
Barcoding
Regulatory Compliance Data Entry
Inventory Data Warehousing
Event-Driven Actions
Sample Management and Tracking
Instrument Calibration & Maintenance
Chain Of Custody
HIPAA-compliant
Configurable Setup
Reporting
Electronic Data Exchange
Multiple Locations/Departments
16
giovedì 22 settembre 2011

17. Certificazioni
21 CFR Part 11 - FDA
ISO 15189
ISO/IEC 9001 - 17025
17
giovedì 22 settembre 2011

18. Un esempio concreto
Piattaforma di Sequenziamento e Genotipizzazione
18
giovedì 22 settembre 2011

19. Piattaforma CRS4
Genotipizzazione
Affymetrix GeneChip Array Station
5 Fluidiche + 2 Scanner
96 campioni/settimana
Studi caso Controllo
2000 campioni genotipizzati dal 2007 al 2009
da tutta la Sardegna
19
giovedì 22 settembre 2011

20. Piattaforma CRS4
Sequenziamento
2 Genome Analyzer IIx
Chimica V.5
2 TB dati a corsa
4 Hiseq 2000
2 flow cell contemporaneamente
2.5 TB dati a corsa
20
giovedì 22 settembre 2011

21. Piattaforma CRS4
Sequenziamento
Progetto 1000 genomi sardi
900 campioni sequenziati dal 2009
Throughput: 4 HiSeq x 48 campioni DNA
11 giorni / corsa
21
giovedì 22 settembre 2011

22. Sequenziamento DNA
7 step / 31 reagenti
8 strumenti
Protocollo Illumina
Library Preparation
22
giovedì 22 settembre 2011

23. Sequenziamento DNA
6 step / 6 kit di reagenti
2 strumenti
Protocollo Illumina
Sequencing
23
giovedì 22 settembre 2011

24. Post Laboratorio
Sequencing
Controlli di qualità
Allineamento sequenze
Grosse moli di dati per sequenza
High Performance Computing and Network
24
giovedì 22 settembre 2011

25. Criticità
Processi di Laboratorio particolarmente complessi
Numero elevato di reagenti impiegati
Impiego di strumentazione sofisticata
Impiego delle risorse da parte di differenti utenti
Gestione del processo e dello stato di ogni campione
25
giovedì 22 settembre 2011

26. Criticità
Esigenze della Ricerca
Individuare correttamente la possibile fonte di un
errore nel processo di sequenziamento
Migliorare la qualità del processo
Gestione efficiente dei risultati
Strumenti di analisi rapidi ed efficaci
26
giovedì 22 settembre 2011

27. Criticità
Esigenze del Laboratorio
Gestione efficiente delle risorse
Riduzione degli errori
Ottimizzazione dei processi
Catena di responsabilità
Sicurezza Confidenzialità informazioni
27
giovedì 22 settembre 2011

28. Cosa ci serve?
Un sistema che tenga traccia dei processi
Un sistema che registri e gestisca in maniera efficiente i dati generati
Un sistema che individui possibili fonti di errore
Un sistema che “conosca” e gestisca le risorse del laboratorio
Un sistema che gestisca in maniera sicura e confidenziale le attività degli utenti
Un sistema che fornisca strumenti di analisi e controllo
28
giovedì 22 settembre 2011

29. Cosa ci serve?
29
giovedì 22 settembre 2011

30. Sviluppo in house
Qualità
user friendly
migliorare anziché peggiorare
tagliato su misura ma flessibile adattabile ai cambiamenti rapidi
estendibile dall’interno garantire il giusto grado di sicurezza
integrabile e integrato
garantire l’accesso efficiente alle informazioni
30
giovedì 22 settembre 2011

31. Cosa cambia con un LIMS
cambiamo abitudini
Passaggio dai quaderni all’introduzione manuale/automatico
passaggio dall’utilizzo libero all’inventario
Passaggio da “questo lo uso io” a “questo lo prenoto io”
Passaggio da nessuno mi controlla ad accesso controllato
31
giovedì 22 settembre 2011

32. Cosa cambia con un LIMS
cambiamo abitudini
Passaggio dai quaderni all’introduzione manuale/automatico
passaggio dall’utilizzo libero all’inventario
Passaggio da “questo lo uso io” a “questo lo prenoto io”
Passaggio da nessuno mi controlla ad accesso controllato
32
giovedì 22 settembre 2011

33. Sviluppo in house
un approccio antropologico
raccolta requisiti
interazione con il laboratorio
feedback continuo
adattamento e ottimizzazione
33
giovedì 22 settembre 2011

34. Modellizzazione
KeyWords Reagente
AZIONE TRACCIA
Esperimento
Progetto
CAMPIONE
utente
Strumento
34
giovedì 22 settembre 2011

35. Modellizzazione
Progetto
campione utente
campione utente Reagente
utente Reagente
campione utente Reagente
campione utente Reagente
Esperimento Strumento
Esperimento Strumento
Esperimento Strumento
Esperimento Strumento
Strumento
35
giovedì 22 settembre 2011

36. Modellizzazione
Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
36
giovedì 22 settembre 2011

37. Modellizzazione
Processo / Esperimento
AZIONE AZIONE AZIONE
AZIONE
37
giovedì 22 settembre 2011

38. Modellizzazione
Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
38
giovedì 22 settembre 2011

39. Modellizzazione
INVENTARIO
Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
39
giovedì 22 settembre 2011

40. Modellizzazione
GESTIONE UTENTE Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
40
giovedì 22 settembre 2011

41. Modellizzazione
Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
TOPOLOGIA
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
41
giovedì 22 settembre 2011

42. Modellizzazione
PLUGIN AUTOMAZIONE
Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
42
giovedì 22 settembre 2011

43. Modellizzazione
Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
CALENDARIZZAZIONE
43
giovedì 22 settembre 2011

44. Modellizzazione
Strumenti coinvolti
Reagenti e consumabili coinvolti
Chi la svolge?
AZIONE
Campioni coinvolti
ACCESSO/ANALISI DATI
Dove la svolge? Che risultati/prodotti genera
Quando la svolge
44
giovedì 22 settembre 2011

45. STRUTTURA
Progetti Event
Ruoli
Utenti
automatization
Security Policy
Inventario
Campioni
DB Activities Engine Reagenti
Stock Personali
Strumenti
Topologia
API Experiment
Interface
Protocol Visual
Designer
Basato su XML
World 45
giovedì 22 settembre 2011

46. FUNZIONALITA’
CAMPIONI
Gestione univoca degli ID
Registrazione nel sistema tramite tool automatici
Classificazione per stato di avanzamento nei progetti
Implementazione chain of custody
46
giovedì 22 settembre 2011

47. FUNZIONALITA’
UTENTI
Accesso agli esperimenti / Supervisione / Gestione Inventario
Ogni utente ha un proprio punto di vista nel LIMS
Ogni utente può accedere a risorse diverse per ruolo/progetto
Ogni attività dell’utente è tracciata
Sistema di messaggistica interna
47
giovedì 22 settembre 2011

48. FUNZIONALITA’
INVENTARIO
Tutto il materiale viene registrato e tracciato per essere collegato agli esperimenti
Ogni utente dispone di un proprio personal stock
Inventario collegato alla Topologia del laboratorio: traccia della conservazione
Inventario collegato al sistema di messaggistica interna per warning e segnalazioni
48
giovedì 22 settembre 2011

49. FUNZIONALITA’
STRUMENTI
Ogni strumento è inventariato
Ogni strumento collegato alla topologia
Lo strumento, se connesso in rete locale, può interagire con il LIMS
Per ciascun nuovo strumento si può scrivere un plug-in ad hoc per l’integrazione
49
giovedì 22 settembre 2011

50. FUNZIONALITA’
PROGETTI
Indicano quali risorse generali disponibili sono utilizzabili
Indicano quali campioni sono coinvolti
Indicano quali utenti sono coinvolti
Definiscono confini di accessibilità alle risorse e ai dati prodotti
50
giovedì 22 settembre 2011

51. WORKFLOW
PROTOCOLLI
Descrivono le azioni con cui si articola una tipologia di esperimento
Per ciascuno step descrive quali strumenti, quali reagenti sono coinvolti
Indica tutto quello da tracciare nell’esecuzione di un esperimento
Descritto in un semplice formato XML
Nuovi protocolli possono essere facilmente implementati e integrati nel sistema
51
giovedì 22 settembre 2011

52. WORKFLOW
Protocollo
Esperimento Dati
AZIONE AZIONE
AZIONE AZIONE
AZIONE AZIONE
AZIONE AZIONE
AZIONE AZIONE
Accesso ai dati
52
giovedì 22 settembre 2011

53. WORKFLOW
ACCESSO AI DATI
Vari utenti del LIMS hanno differenti viste per l’accesso ai dati
Possibile “rivisitare” graficamente i passaggi dei propri esperimenti
Accesso al database in remoto via API dedicate
Possibilità di “iniettare” dati ed eventi dall’esterno
53
giovedì 22 settembre 2011

54. IMPLEMENTAZIONE
Dati tecnici generali
Strumenti OPEN-SOURCE
Applicazione Web
Ruby on Rails
2 x Ubuntu Server 11.04 + RAID 1
2 x DB MySQL 5.1 replicati in configurazione master/master
54
giovedì 22 settembre 2011

55. IMPLEMENTAZIONE
Dati tecnici generali
~10,000 Linee di codice
~150 Classi
34 Tabelle/Relazioni Database
55
giovedì 22 settembre 2011

56. IN PRATICA
[VIDEO - PRESENTAZIONE]
56
giovedì 22 settembre 2011

57. PRIMI RISULTATI
Introduzione LIMS ha limitato il ricorso ai “quaderni”
Tutte le attività sono ora tracciate e a disposizione per l’analisi
Riduzione dei tempi nelle pratiche di laboratorio
In fase di utilizzo, condotti e tracciati ~50 esperimenti con 4000 record dati registrati
57
giovedì 22 settembre 2011

58. WORK IN PROGRESS
Sviluppo di plug-in per la strumentazione
Implementazione reporting ad hoc per tipologia utente
In corso sviluppo del sistema API e di controllo
Implementazione Tool Visuale di creazione dei protocolli
58
giovedì 22 settembre 2011

59. FUTURO
Adattamento ad altre realtà / nuove collaborazioni
Sviluppo di nuove funzionalità
Certificazioni di qualità
59
giovedì 22 settembre 2011

60. Team
Patricia Rodriguez Tomé
Giuliana Brunetti
Gianfranco Frau
Ricardo Medda
Piergiorgio Palla
Luana Vargiu
frau@crs4.it
60
giovedì 22 settembre 2011

61. Ringraziamenti
Piattaforma di Gen/Seq AGCT Group
Andrea Angius Rossano Atzeni
Roberto Cusano Riccardo Berrutti
Marco Marcelli Chris Jones Frederic Reinier
Manuela Oppo
Ilenia Zara
Maria Francesca Urru
HPCN
Movie Team
Outreach
Fabio Bandel
VALE SLM (colonna sonora)
61
giovedì 22 settembre 2011

62. Pubblicità
www.gianfrancofrau.com
www.seudeu.com
www.gianfrancofrau.it
www.donkeychallenge.com
www.frau.fm
www.crs4.it
62
giovedì 22 settembre 2011