LA METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA Luciano M. Fuccella

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1 LA METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA Luciano M. Fuccella Faculty of Pharmaceutical Medicine, London Università di Milano Bicocca Società di Scienze Farmacologiche Applicate, Milano MaRS Università degli Studi di Milano, Anno

2 METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA L inizio della moderna metodologia scientifica della ricerca clinica risale alla seconda metà del 900. Daniels M, Hill AB: Chemotherapy of pulmonary tuberculosis in young adults; an analysis of the combined results of three Medical Research Council Trials. BMJ 1952, 1: Strepto Controlli Mortalità 7% 29%

3 METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA Prima dell avvento della moderna metodologia della sperimentazione clinica, pochi erano i farmaci attivi (ammesso che ve ne fossero) e dominavano clisteri e salassi. L uso di farmaci, prevalentemente di origine vegetale,si basava sulle affermazioni di illustri esponenti della medicina ma non su evidenze sperimentali (approccio testimoniale). In sostanza si può affermare che sino al 900 i rimedi impiegati nella medicina erano placebo o semiplacebo, quando non pratiche dannose (ad es. il salasso).

4 METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA Lo sviluppo del metodo scientifico: drug explosion (medicinal chemistry) farmacologia recettoriale computerized chemistry incidente della talidomide costi crescenti delle terapie

5 METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA USA: 1963: IND (Notice of Claimed Investigation Exemption for a New Drug) Form 1571 (Sponsor) Form 1572 (Investigator; Phase I and II studies) Form 1573 (Investigator, Phase III studies) Informed Consent

6 METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA International Conference on Harmonisation (ICH) E6:Good Clinical Practice: Consolidated Guideline (CPMP/ICH/135/1995) Adottata da CPMP il 17 Luglio 1996 Linea guida standard concordata da UE, USA e Giappone per consentire la mutua accettazione dei risultati delle sperimentazioni cliniche da parte delle Autorità regolatorie.

7 METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA LA DIRETTIVA EUROPEA Direttiva 2001/20/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 4 aprile 2001 concernente il ravvicinamento delle disposizioni legislative, regolamentari ed amministrative degli Stati membri relative alla applicazione della buona pratica clinica nell esecuzione della sperimentazione clinica di medicinali ad uso umano. (GU delle Comunità Europee, )

8 METODOLOGIA DELLA RICERCA CLINICA I due tipi di studio clinico: Studio interventistico E un esperimento comparativo nel quale lo Sperimentatore interviene programmando l assegnazione dei trattamenti. Si basa sulla teoria della probabilità. Permette l inferenza da campioni alla popolazione. Studio osservazionale Non è un esperimento ma una raccolta sistematica di osservazioni o dati anche retrospettivi riguardanti la normale pratica clinica.

9 L ESPERIMENTO CLINICO Come qualunque altro esperimento scientifico anche l esperimento clinico consiste nel sottoporre a verifica una ipotesi in modo corretto: Formulazione di una ipotesi Allestimento di un corretto piano sperimentale Verifica della compatibilità dei risultati con l ipotesi formulata

10 L ESPERIMENTO CLINICO L esperimento va considerato una manipolazione, un intervento (da cui sperimentazione interventistica ): Stato iniziale Manovra (il trial) Stato finale Se si è operato correttamente, è il solo tipo di ricerca che consenta di stabilire, con determinate probabilità, l esistenza di un rapporto causa/effetto.

11 IPOTESI: A tentative assumption made in order to draw out and test its logical or empirical consequences and test its consistency (Merriam Webster Dictionary) it is a theory to be proved or disproved by experiment. (The Textbook of Pharmaceutical Medicine)

12 IL SAGGIO DELL IPOTESI IPOTESI CLINICA (Ipotesi di lavoro) (è in genere formulata in senso positivo ) IPOTESI STATISTICA (è sempre formulata in senso negativo )

13 IL SAGGIO DELL IPOTESI Eseguito l esperimento, per stabilire se i risultati osservati siano da attribuire ad esso o rientrino nell ambito della spontanea variabilità casuale, si applica il test statistico, il quale saggia l ipotesi statistica formulata.

14 IL SAGGIO DELL IPOTESI L ipotesi statistica che viene saggiata è invertita rispetto a quella clinica: essa cioè postula che l esperimento non abbia prodotto alcun effetto e che i risultati siano solo frutto della spontanea variabilità casuale: IPOTESI ZERO, O DELLA NON DIFFERENZA

15 IL SAGGIO DELL IPOTESI Il test statistico saggia l ipotesi zero (H0) Il risultato è espresso in termini probabilistici Se la probabilità che l ipotesi zero sia vera è bassa, questa viene respinta e si accetta l ipotesi alternativa (H 1 ) cioè che il risultato ottenuto sia frutto dell esperimento eseguito.

16 IL SAGGIO DELL IPOTESI La decisione se accettare il risultato non è quindi statistica ma dipende dallo Sperimentatore. Il test statistico è solo un aiuto a decidere, ma non fornisce certezza

17 IL SAGGIO DELL IPOTESI ERRORI CHE SI POSSONO COMPIERE: ERRORE DI 1 TIPO (errore ) consiste nel rigettare l ipotesi zero e nell accettare l ipotesi alternativa, mentre l ipotesi zero è vera! Si attribuisce il risultato al trattamento, mentre esso rientra nella variabilità casuale ( backing a loser )

18 IL SAGGIO DELL IPOTESI ERRORI CHE SI POSSONO COMPIERE: ERRORE DI 2 TIPO (errore ) consiste nell accettare l ipotesi zero, mentre è vera l ipotesi alternativa. Il trattamento ha agito come previsto, tuttavia l esperimento è stato insufficientemente potente per raggiungere il risultato atteso. ( missing a winner")

19 IL SAGGIO DELL IPOTESI 1. Obiettivo dello studio (End-point primario) Viene generalmente fissato in termini di differenza ( ): prima vs. dopo, fra trattamenti, fra dosi, ecc.

20 END-POINT PRIMARIO Deve essere unico Deve essere accuratamente misurabile Deve essere direttamente collegato al fenomeno che si intende studiare Gli end-point surrogati

21 ERRORE DI I TIPO 2. Livello dell errore di 1 tipo Viene per convenzione fissato al 5% o 1% (0.05 o 0.01) Ciò equivale a dire che si accetta di sbagliare, rigettando l ipotesi 0, non più di 5 volte o 1 volta su 100. In termini probabilistici, si accetta che vi siano solo 5 o 1 probabilità su 100 che una differenza quale quella trovata si sia verificata per caso.

22 ERRORE DI II TIPO 3. Errore di 2 tipo (errore ) Può variare tra: 1 (100%) : si sbaglierebbe sempre, e 0 (non si sbaglierebbe mai). Si può accettare di sbagliare volte su 100 (cioè un tasso di ) Occorre quindi dare all esperimento adeguata POTENZA

23 ERRORE DI II TIPO La potenza è definita dal complemento ad 1 del valore dell errore prescelto: Potenza = 1 - Nel caso si sia scelto per il valore 0.10 Potenza = = 0.90 = 90% Ciò equivale a dire che l esperimento deve avere potenza sufficiente a mettere in evidenza (per il valore prescelto dell errore di 1 tipo), la differenza fissata con una probabilità del 90%.

24 DIMENSIONE DEL CAMPIONE 4. Dimensione del campione Una volta fissati i 3 elementi sopra citati, si può calcolare la dimensione del campione, cioè il numero di pazienti da inserire nello studio. La determinazione della dimensione del campione è la chiave di volta dell esperimento: - sotto il profilo scientifico - sotto il profilo etico ( bad science = bad ethics )

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27 IL SAGGIO DELL IPOTESI POPOLAZIONE (ignota) CAMPIONE (rappresentatività?) STATISTICA DEL CAMPIONE (X) INTERVENTO (Esperimento) STATISTICA DEL CAMPIONE (Y) TEST DI SIGNIFICATIVITA (X=Y?) (ipotesi 0)

28 IL SAGGIO DELL IPOTESI In un esperimento non sarà mai possibile raggiungere un risultato di certezza: sta allo Sperimentatore fissare il rischio che è disposto a correre di incorrere negli errori di 1 e 2 tipo.

29 IL SAGGIO DELL IPOTESI Si dovrà quindi: 1. fissare accuratamente l obiettivo primario (end point) dello studio dando ad esso un preciso valore numerico ( ); 2. scegliere il livello di rischio di incorrere nell errore di 1 tipo (errore ); 3. scegliere il livello di rischio di incorrere nell errore di 2 tipo (errore ) e quindi la potenza del test (1- ); 4. dare all esperimento adeguate dimensioni (n).

30 IL SAGGIO DELL IPOTESI La dimensione del campione ha una giustificazione statistica che si traduce anche in una giustificazione di ordine etico: - numero di pazienti insufficiente = studio inutile, quindi anche eticamente ingiustificato; - numero di pazienti eccessivo = un eccesso di pazienti è esposto a rischi o a trattamenti meno attivi.

31 IL CONTROLLO

32 IL CONTROLLO In ogni valutazione clinica è implicito un confronto

33 IL CONTROLLO I TIPI DI CONFRONTO il confronto storico il confronto contemporaneo tra 2 o più farmaci tra farmaco e placebo tra dosi tra farmaco e non trattamento tra diverse combinazioni dei confronti sopra indicati

34 IL CONTROLLO Scopo di uno studio con un farmaco è stabilire l effetto reale di questo, depurato dell effetto della variabilità spontanea e di quello dovuto ai fattori aspecifici.

35 IL CONTROLLO Nell esperimento ideale occorre quindi: confrontare l effetto del farmaco con quello di una sostanza ad effetto (o non effetto) noto; mettere sotto controllo tutti i fattori di variabilità noti che potrebbero influire sul risultato; tenere sotto controllo (stimare) la variabilità residua, cioè i fattori ignoti di variabilità.

36 IL CONTROLLO Nel termine studio controllato (controlled clinical trial) sono perciò impliciti: - il concetto di confronto (con altro farmaco, tra dosi, con placebo, ecc.) Studio clinico controllato = Studio clinico comparativo - la tenuta sotto controllo di quei fattori (oltre i trattamenti) noti ed ignoti che possono influire sul risultato.

37 COSA TENERE SOTTO CONTROLLO A) I fattori di variabilità noti o presunti B) I bias C) Le componenti aspecifiche D) I fattori ignoti di variabilità

38 I FATTORI DI VARIABILITA NOTI Sono tutti quei fattori che possono, anche teoricamente, influire sul risultato e che noi possiamo riconoscere o presumere come influenti, ad esempio: - età - sesso - gravità della malattia - terapie collaterali - altre terapie di sostegno - diversità di sede e di osservatori ecc.

39 IL CONTROLLO DEI FATTORI DI VARIABILITA NOTI Si ricorre a: appropriati criteri di inclusione/esclusione idonei disegni sperimentali stratificazione appropriate analisi statistiche

40 IL CONTROLLO DEI FATTORI DI VARIABILITA NOTI 1. I criteri di inclusione/esclusione Mediante l adozione di appropriati criteri di inclusione ed esclusione, si cerca di ottenere una casistica il più possibile omogenea per quanto riguarda la patologia in studio, tale quindi da fornire anche una risposta terapeutica il più possibile omogenea.

41 IL CONTROLLO DEI FATTORI DI VARIABILITA NOTI 2. Il disegno sperimentale Mediante l adozione di una adeguata struttura dello studio (disegno) si cerca di evitare l introduzione di errori sistematici (bias) che potrebbero falsare il risultato dello studio.

42 IL CONTROLLO DEI FATTORI DI VARIABILITA NOTI 3. La stratificazione Per non restringere eccessivamente i criteri di ammissione, si può procedere alla stratificazione, cioè alla suddivisione della casistica in base ad alcuni fattori di variabilità (strati). All interno di ogni strato si procede quindi alla randomizzazione.

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44 IL CONTROLLO DEI BIAS BIAS: Distorsione sistematica dell andamento di uno studio che porta ad un risultato erroneo. Nel caso di uno studio comparativo, tale distorsione si traduce nel favorire uno dei trattamenti a confronto.

45 IL CONTROLLO DEI BIAS La media di un campione è diversa dalla media vera della popolazione (errore di campionamento). L errore di campionamento può essere stimato in modo attendibile (intervalli fiduciali) solo a patto che sia esclusivamente dovuto al campionamento.

46 IL CONTROLLO DEI BIAS Qualunque altro errore che si introduca in modo sistematico nei risultati si confonde con l errore di campionamento e non può venirne distinto. Il bias è un errore sistematico non dovuto al campionamento.

47 IL CONTROLLO DEI BIAS Le più comuni cause di bias: - l attesa dello Sperimentatore - l attesa del paziente - il pregiudizio - la selezione dei pazienti

48 IL CONTROLLO DEI BIAS Per uguagliare (non per eliminare) questa distorsione, occorre eseguire lo studio in modo che l eventuale bias "pesi" in ugual misura su tutti i trattamenti.

49 IL CONTROLLO DEI BIAS Ciò si ottiene ponendo lo Sperimentatore ed il Paziente, o almeno quest ultimo, in condizione di non riconoscere il trattamento che ogni soggetto riceve: Cecità semplice o doppia (single, double blind)

50 IL CONTROLLO DELLE COMPONENTI ASPECIFICHE Nella risposta terapeutica entrano, insieme all effetto farmacodinamico specifico, una serie numerosa di fattori aspecifici il cui effetto è indipendente da quello farmacologico del medicinale.

51 IL CONTROLLO DELLE COMPONENTI ASPECIFICHE Effetto placebo: E l effetto psicologico, fisiologico o psicofisiologico di ogni medicamento o procedimento avente scopi terapeutici, indipendente da, o minimamente collegato con, l effetto farmacologico del medicamento o l effetto specifico del procedimento e che si produce attraverso un meccanismo psicologico (A. K. Shapiro, 1959)

52 IL CONTROLLO DELLE COMPONENTI ASPECIFICHE Trattamento placebo: Ogni trattamento deliberatamente impiegato per i suoi effetti non specifici psicologici o psicofisiologici, oppure che è applicato per un suo presunto effetto specifico su un paziente, sintomo o malattia, ma che all insaputa del medico e del paziente è privo di attività specifica sull affezione trattata. (A.K. Shapiro, 1971)

53 PROBLEMI POSTI DALL USO DEL PLACEBO Dichiarazione di Helsinki rev. Fortaleza (Ottobre 2013) 33. The benefits, risks, burdens and effectiveness of a new intervention must be tested against those of the best proven intervention(s), except in the following circumstances: Where no proven intervention exists, the use of placebo, or no intervention, is acceptable; or Where for compelling and scientifically sound methodological reasons the use of any intervention less effective than the best proven one, the use of placebo, or no intervention is necessary to determine the efficacy or safety of an intervention

54 Dichiarazione di Helsinki rev. Fortaleza (Ottobre 2013) and the patients who receive any intervention less effective than the best proven one, placebo, or no intervention will not be subject to additional risks of serious or irreversible harm as a result of not receiving the best proven intervention. Extreme care must be taken to avoid abuse of this option. DM 12 maggio 2006: Requisiti minimi per l istituzione, l organizzazione e il funzionamento dei Comitati etici per le sperimentazioni cliniche dei medicinali

55 IL CONTROLLO DEI FATTORI IGNOTI Sono quei fattori che determinano variabilità nella risposta al trattamento e che residuano anche quando siano stati messi sotto controllo tutti gli altri fattori di variabilità noti o presunti e che sono responsabili dell errore sperimentale, cioè della variabilità casuale (non sistematica).

56 IL CONTROLLO DEI FATTORI IGNOTI I fattori ignoti si possono tenere sotto controllo lasciando agire il caso: - nella formazione del campione - nella assegnazione dei trattamenti Ciò perché si assume che i fattori casuali di variabilità siano appunto distribuiti in modo casuale nella popolazione.

57 IL CONTROLLO DEI FATTORI IGNOTI Lasciando quindi agire il caso nella assegnazione dei trattamenti, ci si può attendere che i fattori di variabilità casuale si ripartiscano in modo equilibrato nei gruppi di trattamento.

58 LA RANDOMIZZAZIONE Mediante la randomizzazione (dall inglese random ), il campione dei pazienti viene suddiviso, mediante una procedura casuale,in due o più sottocampioni corrispondenti ai trattamenti in studio. OBIETTIVI: - ogni paziente deve avere le stesse probabilità di ricevere uno qualunque dei trattamenti in studio;

59 LA RANDOMIZZAZIONE - lasciando al caso la formazione dei gruppi, ottenere che anche tutti i fattori prognostici responsabili della variabilità di risposta si ripartiscano in uguale misura nei gruppi; - evitare molti bias, in particolare quelli legati a possibili preferenze dello Sperimentatore nella scelta del trattamento in rapporto al tipo di paziente.

60 LA RANDOMIZZAZIONE La randomizzazione è inoltre alla base del processo logico del saggio dell ipotesi e dell uso dei test statistici di significatività che sono appunto basati sul confronto di medie ottenute per campionamento casuale.

61 IL DISEGNO SPERIMENTALE

62 IL DISEGNO SPERIMENTALE Il disegno sperimentale rappresenta la struttura architettonica dello studio, volta ad ottimizzarne la conduzione ai fini del saggio dell ipotesi formulata. Si propone di minimizzare e tenere sotto controllo le diverse fonti di variabilità e di errore. La scelta del disegno sperimentale si fonda essenzialmente su considerazioni di ordine clinico ed è limitata da fattori etici, fisiopatologici e logistici.

63 IL DISEGNO SPERIMENTALE CONFRONTO TRA SOGGETTI (between patient design; esperimento a gruppi paralleli; disegno completamente randomizzato; group comparative trial) (Include il matched pair design ) I farmaci in studio sono saggiati in gruppi diversi di soggetti. Ogni soggetto riceve solo uno dei farmaci in studio.

64 IL DISEGNO SPERIMENTALE CONFRONTO ENTRO SOGGETTI (within patient design) Tutti i trattamenti o una parte di essi sono saggiati in periodo diversi nello stesso soggetto. Ogni soggetto riceve più di un trattamento.

65 CONFRONTO TRA SOGGETTI I trattamenti o le diverse dosi sono saggiati su gruppi distinti di soggetti; ogni soggetto riceve solo uno dei trattamenti in studio; le dimensioni dei gruppi possono essere diverse (randomizzazioni 2:1, 3:1).

66 CONFRONTO TRA SOGGETTI L assegnazione dei trattamenti ai pazienti deve essere eseguita mediante procedura casuale (randomizzazione) Specie in campioni di piccole dimensioni (<50-60) può essere opportuno stratificare la casistica in base alla presenza di variabili importanti ai fini del risultato.

67 CONFRONTO TRA SOGGETTI VANTAGGI semplicità di organizzazione ed analisi ideali per affezioni a rapida evoluzione necessari anche quando l evoluzione è molto lenta SVANTAGGI disomogeneità tra gruppi necessità di casistiche ampie (in rapporto alla differenza attesa)

68 CONFRONTO ENTRO SOGGETTI CROSS-OVER (change over) - semplice: A-B; B-A; A-B; A-B; B-A ecc. - con switch back o double switch back : A-B-A; B-A-B; A-B-A; A-B-A.ecc.

69 CONFRONTO ENTRO SOGGETTI VANTAGGI minore numero di soggetti: ogni soggetto è utilizzato 2 o più volte; variabilità entro anziché tra soggetti. PROBLEMA difficili da utilizzare nella comune pratica clinica; le risposte nei 2 o più periodi di trattamento debbono essere tra loro indipendenti (si tratta sempre di un disegno a blocchi, in cui il blocco è rappresentato dal paziente anziché dal gruppo)

70 CONFRONTO ENTRO SOGGETTI L indipendenza delle risposte può non verificarsi perché: wash out è stato insufficiente; si è modificato lo stato morboso; si è modificato il livello generale di risposta in conseguenza del primo trattamento (effetto periodo)

71 GLI ADAPTIVE DESIGNS Ribaltano sostanzialmente uno dei canoni fondamentali del RCT, cioè che l assegnazione dei trattamenti sia indipendente da qualunque fattore che possa indurre a preferire uno dei trattamenti in studio. In questo tipo di disegni, l assegnazione dei trattamenti durante lo studio e la dimensione del campione vengono decisi in base agli esiti. L approccio del bookmaker vs. l'approccio del giocatore d'azzardo.

72 Trattamenti A e B 10 paz. A 10 paz. B Risposta 8/10 Risposta 4/10 15 paz. A 5 paz. B ecc.

73 GLI ADAPTIVE DESIGNS Potenziali vantaggi: Necessità di un minor numero di pazienti rispetto ad uno studio a dimensioni fisse; Più rapido raggiungimento di un risultato in caso di affezione rara; Risparmio economico; Possibilità di trattare subito più pazienti con il trattamento rivelatosi superiore.

74 GLI ADAPTIVE DESIGNS Svantaggi: Un trattamento deve essere nettamente superiore; In caso di piccola differenza di attività, un disegno di questo genere può richiedere più casi di un disegno a dimensioni fisse; Necessità di utilizzare un criterio di valutazione molto preciso e chiaro; Necessità di ottenere la risposta entro tempi brevi, pena l eccessivo prolungamento dello studio.