[論文レビュー] LabPipe: an extensible informatics platform to streamline management of metabolomics data and metadata

Bo Zhao, Luke Bryant+17 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2019

Metabolomics and Mass Spectrometry Studies参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

LabPipe は、自動的・ガイド付きのデータ収集と安全なウェブ API によるデータ転送を通じて、代謝産物データおよびメタデータ管理を簡素化するオープンソースのクライアント・サーバー型インフォマティクスプラットフォームです。ローカルのデータ収集と集中型ストレージを統合することで、多施設・多機器研究を可能にし、ロールベースのアクセス制御と拡張可能なプラグインにより、手動エラーの低減とデータの追跡可能性を向上させます。EMBER呼気代謝産物研究で実証済みです。

ABSTRACT

Summary: Data management in clinical metabolomics studies is often inadequate. To improve this situation we created LabPipe to provide a guided, customisable approach to study-specific sample collection. It is driven through a local client which manages the process and pushes local data to a remote server through an access controlled web API. The platform is able to support data management for different sampling approaches across multiple sites / studies and is now an essential study management component for supporting clinical metabolomics locally at the EPSRC/MRC funded East Midlands Breathomics Pathology Node. Availability and Implementation: LabPipe is freely available to download under a non-commercial open-source license (NPOSL 3.0) along with documentation and installation instructions at http://labpipe.org. Contact: [e-mail]

研究の動機と目的

• 多施設臨床代謝産物研究における統合的でスケーラブルなデータ管理の欠如に対処すること。
• 紙の記録やUSBメディアによるデータ移行といった手動処理の限界（誤りやデータ損失の原因）を克服すること。
• 多様な採取プロトコルや機器に対応できるカスタマイズ可能で安全かつ拡張可能なシステムの開発。
• 試料採取の現場で、リアルタイムかつ準自動的にデータとメタデータを関連付けること。
• 技術者と臨床スタッフの協働を促進するため、非専門家でも使いやすい直感的でユーザーフレンドリーなインターフェースの提供。

提案手法

• ロールベースの認証を備えた軽量なウェブ API である LPserver を用いたモジュラークライアント/サーバーアーキテクチャの実装。
• 柔軟な研究固有のメタデータ構成を格納し、動的スキーマ変更をサポートするため、NoSQL データベースバックエンドの使用。
• Electron フレームワークを活用した LPclient のデプロイにより、クロスプラットフォーム対応のローカルインストールが可能になり、ローカルでのデータ収集とファイルリンクが可能に。
• 入力されたメタデータに基づき、自動的にファイル ID を生成するか、新しい／変更されたファイルを検出することで、データの出自を保証。
• カスタマイズ可能なクライアントフォームにより、オンライン（リアルタイム）およびオフライン（遅延あり）の両方のデータ収集ワークフローをサポート。
• 途切れのあるネットワーク接続に対しても、データの耐障害性と最終的整合性を確保するためのフォールバックメカニズムを統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多施設臨床代謝産物研究におけるデータ管理は、どのようにして手動エラーとデータ損失を低減できるか？
• RQ2 カスタマイズ可能で拡張可能なプラットフォームは、多様な機器やプロトコル間で、どの程度データ収集とメタデータ関連付けを簡素化できるか？
• RQ3 ローカルにインストールされたクライアントと自動データ転送により、手動によるファイルアップロードへの依存がどの程度低下し、データの追跡可能性が向上するか？
• RQ4 ロールベースのアクセス制御システムは、分散型研究チームにおける代謝産物データのセキュリティをどの程度向上できるか？
• RQ5 統合的でガイド付きのデータ収集ツールは、非技術的臨床スタッフのワークフロー効率と使いやすさに、どのような影響を与えるか？

主な発見

• LabPipe は EMBER 呼気代謝産物研究において、手動によるデータ処理を完全に置き換え、紙の記録や USB 移行を排除しました。
• 試料採取時にメタデータ関連付けを自動化することで、データ入力エラーが低減し、データ品質が向上しました。
• ローカルの LPclient インstallにより、ウェブポータルを介した手動アップロードを一切不要とし、中央の LPserver へのスムーズなファイル転送が実現しました。
• 接続不能時にも、接続復旧後にキューイングおよび同期する組み込みフォールバックメカニズムにより、システムの耐障害性が実証されました。
• 拡張可能なプラグインアーキテクチャにより、試料採取後に自動メール通知を実装するなど、コア機能に影響を与えずに段階的な改善が可能となりました。
• LabPipe は now レスター生物医学研究センターの確立された構成要素となっており、7 件の進行中の研究を支援し、多様な分野の代謝産物研究を可能にしています。