Trial clinici e trial d'intervento - Centro per lo Studio e la Prevenzione ...

Trial clinici e trial d’interventoSaverio Cainis.caini@ispo.toscana.itUO Epidemiologia Molecolare e NutrizionaleIstituto per lo Studio e la Prevenzione Oncologica (ISPO)Corso teorico-pratico – Principi e Metodi di EpidemiologiaFirenze, 15-17 giugno 2010

“Forza” dimostrativa deglistudi epidemiologici(assenza di bias)Costo, difficoltà diesecuzione, implicazionietiche, …++-• studi sperimentali (trial)• studi osservazionali prospettici (di coorte)• studi osservazionali retrospettivi (caso-controllo)••••• case report-

Un trial randomizzato …Subjects Treatment Outcome

Fasi e considerazioni propedeutiche all’esecuzionedi uno studio sperimentale (trial)- Definizione dell’obiettivo dello studio- Dalla target population al campione in studio: criteri diinclusione ed elegibilità, restrizione, validità interna evalidità esterna- Scelta del trattamento di controllo: placebo e migliorterapia disponibile; effetto placebo e studi in singolo,doppio e triplo cieco.- Consenso informato ed implicazioni etiche

Obiettivo dello studioL’obiettivo dello di uno studio d’intervento deve essere specificato in dettaglio primadell’inizio dello studio. Deve essere chiarito:• l’intervento di cui si vuol valutare l’efficacia• l’outcome di interesse• la popolazione in studioEsempio: non è sufficiente dichiarare che l’obiettivo del trial è “stabilire se lasomministrazione di tamoxifene previene il tumore del seno nelle donne”. Ènecessario definire:-la popolazione target: si includono tutte le donne o solo quelle a rischio di malattia?Quali gruppi di età? Si includono donne che fanno o hanno fatto HRT? Ecc…- trattamento nel braccio di intervento: dose, frequenza, durata.- trattamento nel braccio di controllo: placebo? Altro trattamento di dimostrataefficacia? Niente?-l’outcome (includere i tumori in situ?) e le procedure per diagnosticarlo/misurarlo(radiografia? istologia?)

Dalla target population alcampione in studio: criteri diinclusione/elegibilità,restrizione e validità esterna

Criteri di inclusione/elegibilità e validità esternaTarget populationIn epidemiologia si cerca di inferire dal particolare (ilcampione in studio) al generale (la popolazione)!Source populationStudy sampleNella pianificazione ed esecuzione di uno studio,occorre fare attenzione alla rappresentatività dellatarget population da parte dello study sample!In altri termini, non è sufficiente fare attenzione allavalidità interna (corretta esecuzione dello studio,cioè prevenzione/correzione dei bias): è necessarioconsiderare anche la validità esterna, cioè lageneralizzabilità dei risultati ottenuti nel campione instudio alla target population (che è il vero obiettivodelle campagne di salute pubblica!!!)

Scelta dell’intervento nel gruppo di controlloDurante la pianificazione dello studio, occorre prestare attenzione al tipo ditrattamento destinato al gruppo di “controllo”.Placebo: preparato di sostanze inattive, usato insperimentazioni cliniche, in sostituzione a un farmaco, pervalutarne la reale efficacia. Un placebo deve essereindistinguibile sotto tutti gli aspetti dal trattamento insperimentazione, senza però contenere il principio attivo.ATTENZIONE!Nel caso di un trial clinico volto a valutare l’efficacia di un “nuovo” trattamento inpazienti affetti da una determinata malattia, non è eticamente lecito utilizzare unplacebo se già esiste una terapia di dimostrata efficacia.In tal caso, il quesito della sperimentazione non dovrebbe essere posto come “lanuova terapia è efficace?”, ma come “la nuova terapia è migliore di quelle giàesistenti?”.

Effetto placebo e studi in singolo, doppio e triplo ciecoPer effetto placebo si intende una serie di reazioni dell'organismo aduna terapia, non derivanti dai principi attivi insiti dalla terapia stessa, madalle attese dell'individuo. L‘effetto placebo può contribuire in misuravariabile all'efficacia di una terapia: per discriminare tra queste duecomponenti si progettano gli studi clinici controllati vs placebo.Oltre a non essere sempre lecito da un punto di vista etico, in molti casi èsemplicemente impossibile somministrare un placebo, cioè tenere all’oscuro ilpaziente e/o lo sperimentatore riguardo al trattamento ricevuto:- un trial per il confronto di due interventi chirurgici può essere soltanto insingolo cieco;- un intervento basato su programmi di educazione alla salute non puòessere eseguito in cieco.

Consenso informatoPer avere un “autentico consenso”, si affermano quattro condizioniessenziali, che debbono assieme realizzarsi:• offerta dell’informazione;• comprensione dell’informazione;• libertà decisionale;• capacità decisionale.Più in dettaglio, perché il consenso informato sia da considerarsivalidamente prestato, esso dovrà essere esplicitato per iscritto inconformità dei seguenti criteri:• spiegazione in parole chiare, semplici e comprensibili dei terminitecnici eventualmente utilizzati• descrizione degli scopi generali della ricerca, della metodologia edelle procedure impiegate.

• indicazione, ove previsto, della possibilità di somministrazione delplacebo• indicazione degli eventuali benefici o dei possibili rischi, effettiavversi o disagi per il soggetto• indicazione dell'esistenza di trattamenti alternativi rispetto a quelloproposto al soggetto che aderisce alla sperimentazione• garanzia di tutela della riservatezza• espresso riconoscimento del diritto di ritirare in qualsiasimomento e per qualsiasi motivo il consenso prestato• indicazione del responsabile medico a cui fare riferimento, fattasalva la possibilità di consultare in qualsiasi momento il medico difiducia• una copia del modello del consenso informato, sottoscritto dalpaziente e dallo sperimentatore, ed una copia delle informazioni per ilpaziente dovranno essere consegnate al paziente

Classificazione degli studi sperimentali (trial)• Trial individuali (= con assegnazione del trattamento su baseindividuale)– Trial clinici randomizzati (RCT)– Field trialsDisegni particolari: trial fattoriali, trial crossover.• Trial di comunità (= con assegnazione del trattamento a gruppi dipersone/comunità)

Trial clinico randomizzato(randomized clinical trial, RCT)

Randomized clinical trials (RCT): flow-chart

• Un trial clinico randomizzato (randomized clinical trial, RCT)è uno studio sperimentale in cui i soggetti sono rappresentatida pazienti, cioè da persone affette da una determinatamalattia.• Lo scopo è quello di confrontare l’efficacia di trattamentialternativi nel “migliorare le sequele” (guarigione, incrementodella sopravvivenza, migliore qualità della vita, …) di unadeterminata malattia.• I soggetti devono essere arruolati nello studioimmediatamente al momento della diagnosi!

• Una volta arruolati, i soggetti vengono assegnati al gruppo di controllo(placebo o altro trattamento) o ad uno dei gruppi di intervento.•L’attribuzione del trattamento (= l’attribuzione dei soggetti al gruppod’intervento o al gruppo di controllo) deve essere effettuato in modo daeliminare (o più ragionevolmente, minimizzare) la variabilità di fattoriestranei che hanno un effetto sulla storia naturale della malattia in studio.• Come assegnare il trattamento?- decisione dello sperimentatore?- scelta del paziente?- a casaccio (lancio della moneta, giorni pari vs dispari, ecc.)?•Si usa la statistica: randomizzazione!

RandomizzazioneLa randomizzazione dei volontari arruolati in un trial ad uno dei gruppi diintervento o al gruppo di controllo avviene in base ad una sequenza:• casuale• decisa prima dell’inizio dell’arruolamento e che non può essere cambiata• imprevedibile a priori• ignota sia al paziente (cieco) sia a chi effettua la randomizzazione (doppiocieco); se neppure chi esegue le analisi statistiche conosce a quale gruppoè stato assegnato ogni paziente, si parla di triplo cieco.NB!!! La randomizzazione non garantisce un’uguale distribuzione dei fattoriprognostici nei diversi gruppi, ma fa sì che eventuali differenze siano solamentefrutto del caso, e che dunque siano tanto minori quanto più numeroso è ilcampione in studio

Metodi di randomizzazione fissi• semplice: ogni soggetto ha la stessa probabilità di venire assegnato aciascuno dei bracci d’intervento (rischio di sbilanciamento per piccolistudi!). Si realizza solitamente con le tavole dei numerirandom/generatore casuale di numeri.• a blocchi: la randomizzazione viene ripetuta per ogni sequenza di nsoggetti arruolati nel trial. Questo permette di attutire squilibri nellanumerosità dei diversi bracci del trialEsempio di sequenza di randomizzazione a blocchi (dimensione delblocco d=4): ABAB ABBA BAAB BBAA …

Tavole deinumericasualiPer ogni soggetto si estrae un numero a caso: se è fra 0 e 4 il soggetto èassegnato al braccio di controllo, se è fra 5 e 9 al braccio di intervento.

Randomizzazione stratificataQuando si vuol essere sicuri che uno o più fattori prognostici siano distribuitiugualmente nei diversi bracci, si crea una lista diversa per ogni combinazione deidiversi valori di questi fattori.NB Ogni tipo di attribuzione può essere stratificato!Esempio di randomizzazione stratificata a blocchiIn un trial con un braccio di controllo (A) e un braccio d’intervento (B), conrandomizzazione a blocchi di d=4 persone, si vuol far sì che ciascuno dei due bracciabbia una uguale percentuale di fumatori (sì/no) e di stato menopausale (pre-/post-)Si creano quattro liste separate:• non fumatori, premenopausa: AABB ABAB BAAB BAAB BBAA ABBA …• fumatori, premenopausa: BABA BBAA AABB ABAB ABAB BAAB …• non fumatori, postmenopausa: ABBA BBAA BAAB BBAA AABB BBAA …• fumatori, postmenopausa: AABB ABAB AABB BAAB AABB BBAA …

Field (preventive) trials

I field trials (trial preventivi) differiscono dai trial clinici randomizzati (RCT)per il fatto che i soggetti arruolati non sono affetti da una determinatamalattia, ma sono volontari sani nei quali si vuol studiare l’efficacia di uncerto intervento nella prevenzione di una determinata patologia.Mentre l’efficacia di un trattamento in soggetti malati può essere valutataspesso in un tempo relativamente breve, il rischio assoluto disviluppare una certa malattia è solitamente basso. Quindi, i trialpreventivi richiedono solitamente un numero maggiore di soggettiarruolati e sono quindi più costosi.Per tali motivi, i trial preventivi vengono effettuati solamente: per patologie molto frequenti, e/o per patologie molto gravi, e/o in soggetti ad elevato rischio di sviluppare una malattia

Field trial per la prevenzione di malattie molto frequentiAscorbic acid for the common cold. A prophylactic andtherapeutic trial.Karlowski TR, Chalmers TC, Frenkel LD, Kapikian AZ, Lewis TL, Lynch JM.Three hundred eleven employees of the National Institutes of Healthvolunteered to take 1 gm of ascorbic acid or lactose placebo in capsulesthree times a day for nine months. At the onset of a cold, the volunteerswere given an additional 3 gm daily of either a placebo or ascorbic acid.One hundred ninety volunteers completed the study. Dropouts weredefined as those who missed at least one month of drug ingestion. Theyrepresented 44% of the placebo group and 34% of those taking ascorbicacid. Analysis of these data showed that ascorbic acid had at best only aminor influence on the duration and severity of colds.JAMA. 1975 Mar 10;231(10):1038-42

La poliomelite paralitica, una malattia relativamente rara ma molto grave, rappresentavaun problema di salute pubblica sufficientemente vasto da essere oggetto del più grandeesperimento formale mai eseguito su esseri umani, il Salk vaccine trial, nel quale il vaccino oun placebo fu somministrato a centinaia di migliaia di bambini in età scolare (Francis T, 1955).Il trial iniziò con il coinvolgimento di circa 4,000 bambini durante una fase pilota, per poiestendersi a oltre 1.8 milioni di bambini in età scolare in 44 stati americani.Lo studio fu concepito come un trial con due gruppi di controllo. Alla conclusione dello studio,circa 440,000 bambini avevano ricevuto una o più iniezioni di vaccino, 210,000 bambiniavevano ricevuto un placebo, mentre circa 1.2 milioni di bambini non avevano ricevuto alcuntrattamento.I risultati furono annunciati nel 1955: il vaccino Salk aveva avuto un’efficacia di 60-70% controil poliovirus di tipo 1 (PV1), e di oltre il 90% contro PV2 e PV3.

Field trial in soggetti ad alto rischio di sviluppare unamalattiaN Engl J Med. 1980 Oct 9;303(15):833-41.Hepatitis B vaccine: demonstration of efficacy in a controlledclinical trial in a high-risk population in the United States.We assessed the efficacy of an inactivated hepatitis B vaccine in a placebo-controlled, randomized,double-blind trial in 1083 homosexual men known to be at high risk for hepatitis B virus infection.JAMA. 2010 May 12;303(18):1815-22.Annual high-dose oral vitamin D and falls and fractures in olderwomen: a randomized controlled trial.OBJECTIVE: To determine whether a single annual dose of 500,000 IU of cholecalciferoladministered orally to older women in autumn or winter would improve adherence and reduce therisk of falls and fracture. DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTS: A double-blind, placebocontrolledtrial of 2256 community-dwelling women, aged 70 years or older, considered to be at highrisk of fracture were recruited from June 2003 to June 2005 and were randomly assigned to receivecholecalciferol or placebo each autumn to winter for 3 to 5 years.

Preventive trials and intermediate outcomes• la questione del tempo di latenza rende difficile valutare l’effetto di un intervento diprevenzione primaria sull’incidenza di una patologia cronica, che può richiedere anni peril proprio sviluppo.• il tempo che intercorre fra alcuni tipi di intervento (ad esempio, di tipo dietetico) e uncambiamento nell’incidenza di malattia è tipicamente incerto.• le persone che si arruolano in un trial tendono ad essere non del tutto rappresentativi(più motivati, più sensibili alla propria salute, maggior livello socioeconomico, …) rispettoalla popolazione generale, ed alcuni interventi (quelli correlati allo stile di vita) possonoprodurre solo cambiamenti marginali nelle esposizioni che si vogliono studiare.• anche limitandosi alle patologie a maggior incidenza (tumori, malattie CVD), perottenere delle stime statisticamente significative occorrerebbe arruolare (e seguire peranni) un elevato numero di soggetti.L’uso di outcome intermedi permette di rimediare ad alcune dellelimitazioni elencate … quali?

… tuttavia, in medicina raramente sussiste un rapporto biunivoco fra una certapatologia ed un precursore: può capitare sia che la patologia insorga senzapassare attraverso la fase di precursore, sia che un precursore non porti allapatologia conclamata!TessutonormaleOutcomeintermedioPatologia

RCT and field trials con disegno fattoriale

Esempio di un trial preventivo con disegno fattoriale: lo studio DAMADisegno : trial di intervento randomizzato fattorialeAttività FisicaAttività FisicaSINODieta SInn2nDieta NOnn2n2n2n4nBraccio 1 : intervento dieteticoBraccio 2: intervento esercizio fisicoBraccio 3: intervento dietetico + intervento esercizio fisicoBraccio 4: informazioni generali su una sana alimentazionee corretti modelli di attività fisica Dieta basata principalmente su alimenti di origine vegetale a basso indice glicemico e ricca insostanze antiossidanti - povera di acidi grassi saturi e acidi grassi “trans“, ridotti consumi dibevande alcoliche. Uso esclusivo di olio extravergine di oliva come grasso di condimento e cottura. Almeno un’ora al giorno di attività fisica moderata ( es camminare a passo spedito) associata adun’ ora di palestra settimanale

Esempio di un trial preventivo con disegno fattoriale: Physicians’ Health StudyTrial clinico randomizzato volto a studiare l’effetto protettivo di aspirina e betacarotenenella prevenzione delle malattie cardiovascolari (CVD).Il disegno dello studio permette di rispondere a due diversi quesiti:1) l’aspirina riduce il rischio di CVD?2) la supplementazione con beta-carotene riduce il rischio di CVD?

Cluster randomized trials (CRT)

Trials e contaminazioneNegli studi sperimentali (sia RCT che trial preventivi) può capitare che le personeallocate nel braccio di controllo si sottopongano, di propria iniziativa, al trattamentopianificato per il braccio di intervento: si parla allora di contaminazione.Questo può capitare nel caso l’intervento concerna lo stile di vita (ad es.,modificazioni dietetiche, attività fisica, ecc.), quando il gruppo d’intervento èsottoposto a visite, esami o analisi di tipo medico, ecc.Solitamente, la contaminazione non rappresenta un problema quando:• è possibile usare un placebo• i soggetti non possono adottare autonomamente il trattamento insperimentazione (ad es., interventi chirurgici)La contaminazione tende a rendere omogenei i due gruppi riguardo al trattamento,riducendo l’apparente efficacia dell’intervento. Per prevenire/ridurre il rischio dicontaminazione, occorre cercare di separare il più possibile le persone allocate aidiversi bracci cluster randomized trials.

I cluster randomized trials (CRT) sono studi sperimentali in cui i soggetti sono assegnati aidiversi bracci (intervento o controllo) in cluster, cioè in gruppi di persone, piuttosto che subase individuale.NB Il trattamento può essere somministrato sia su base individuale che su base comunitaria!Tuttavia, i CRT riducono il rischio di contaminazione al costo di ridurre anche larandomizzazione dei soggetti nello studio! I cluster infatti possono differireconsiderevolmente per diverse caratteristiche!Esempi diclusterLe unità di randomizzazione (cluster) possono essere più ampie, come villaggi, città, ecc.

Trial di comunità

I trial di comunità rappresentano un sottogruppo dei cluster randomized trials in cui iltrattamento è somministrato a gruppi di persone (di dimensione variabile) invece che a singoliindividui separatamente.Mentre, ad esempio, un vaccino è somministrato a singoli individui, l’aggiunta di fluoronell’acqua potabile al fine di prevenire la carie dentale è eseguita mediante l’aggiunta di fluoronei depositi di acqua: dunque, intere comunità sono esposte all’intervento, anche se il livellodi esposizione di ogni singola persona all’interno della comunità può variare (ad es.pendolari).VersusAltri esempi di mezzi di prevenzione che sono solitamente implementati su base comunitariaincludono la distribuzione di volantini durante occasioni pubbliche o in luoghi di ritrovo,l’utilizzo di mass-media (campagne di informazione), interventi di tipo ambientale, campagnedi disinfestazione (zanzare), ed altri.

Ast in 1942 outlined a plan to test the caries-fluorine hypothesis. He suggested a study of twocomparable communities with fluoride-deficient water supplies, one of which should have itswater supply supplemented with sodium fluoride to bring its fluoride content up to 1.0 ppmand the second to serve as a control.

Impact of a Two-City Community Cancer Prevention Intervention on AfricanAmericansThe project explored the potential of historically black medical schools to deliver healthinformation to their local communities and used a community-based participatory researchapproach. The intervention consisted of culturally sensitive messages at appropriateeducational levels delivered over an 18-month period and tested in predominantly blackcensus tracts in Nashville, TN and Atlanta, GA. Chattanooga, TN and Decatur, GA served ascomparison cities.Effect of a community-based Aedes aegypti control programme on mosquitolarval production sites in El Progreso, HondurasThis paper describes the results of a trial to assess the efficacy in reducing the density oflarval production sites of utilizing community involvement in the planning and implementationof an Aedes aegypti control programme, in a dengue-endemic city in Honduras. In addition toa substantial increase in knowledge about dengue transmission and prevention, a relativereduction in Ae. aegypti larval infestation indices was found in those city neighbourhoodswhere community involvement was utilized compared with their untreated counterparts.Para Niños Saludables: A Community Intervention Trial to ReduceOrganophosphate Pesticide Exposure in Children of Farmworkers

Crossover trial

In un trial crossover, ciascun soggetto riceve entrambi gli interventi, ad es. ilfarmaco da sperimentare (trattamento A) e il placebo (trattamento B), in momentidifferenti nel corso del trial.L’ordine in cui ogni individuo riceve i due trattamenti deve essere assegnato contecniche di randomizzazione.Il rischio legato a questo tipo di trial è che il primo trattamento somministrato possaavere un effetto a lungo termine (carry-over effects), tale da rendere impossibile lavalutazione dell’effetto del trattamento che viene assegnato per secondo. Ondeprevenire questo rischio, fra i due trattamenti è previsto un periodo di wash-out.In ogni caso, questo disegno è applicabile solo in particolari situazioni (outcomeacuti, interventi senza effetto a lungo termine, …).

Daily consumption of a high-phenol extra-virgin olive oil reduces oxidativeDNA damage in postmenopausal womenS Salvini, F Sera, D Caruso, L Giovannelli, F Visioli, C Saieva, G Masala, M Ceroti, V Giovacchini, VPitozzi, C Galli, A Romani, N Mulinacci, R Bortolomeazzi, P Dolara, D PalliOxidised DNA bases (% DNA in comet tail) byperiod and treatment sequence.(a) High-phenol extra-virgin olive oil (high-EVOO) inthe first period and low-phenol EVOO (low-EVOO)in the second period;(b) low-EVOO in the first period and high EVOO inthe second period.

Metodi per l’analisi statistica dei trial: intention-to-treat (ITT)L’analisi intention-to-treat è un tipo di analisi basato sull’iniziale assegnazione del braccio diintervento/controllo, piuttosto che sull’effettiva compliance dei singoli volontari. Con l’ITT,tutti quelli che hanno iniziato lo studio continuano a far parte dello studio, anche se ne esconoin anticipo. In ogni caso, è sempre necessario conoscere l’outcome di queste persone.L’ITT si prefigge di evitare vari artefatti che possono nascere negli studi di tipo sperimentale.Esempio 1Può capitare che le persone con uno stadio di malattia più grave all’arruolamento possanocontemporaneamente 1) abbandonare lo studio con maggior frequenza, e 2) presentare unaminor risposta con la terapia. In tal caso, l’efficacia di una terapia risulta incrementata in modofuorviante, se ci si limita a confrontare solo coloro che hanno terminato lo studio.Esempio 2La terapia in sperimentazione può essere efficace, ma avere effetti collaterali tali da risultarenon-accettabile da un gran numero di pazienti (che, una volta arruolati in un trial,abbandonano o rompono la randomizzazione). Escludendo dall’analisi le persone che hannoabbandonato lo studio, risulta impossibile osservare questo effetto.

Analisi della compliance e metodi di analisi statisticaIn alcuni casi si può voler valutare l’aderenza al protocollo(compliance) dello studio da parte dei soggetti arruolati.Questo è un elemento in più per discutere i risultati (adesempio in caso di risultati nulli), ma non rappresenta unelemento da tenere in considerazione per l’analisi!!!I tipi di analisi (“per protocol”, “as treated”) che tengono inconsiderazione la compliance rompono larandomizzazione e non sono quindi coerenti con ilprotocollo dello studio, e possono condurre a stime distortedell’efficacia dell’intervento in una situazione reale. Quindi,non devono essere usati!!!

Interim analysis ed interruzione precoce di un trialCome detto, non è eticamente lecito somministrare un placebo in un RCTquando già esiste una terapia di dimostrata efficacia. In tal caso, il gruppo dicontrollo è quello i cui membri sono sottoposti alla miglior terapia disponibile almomento.Può capitare che, tramite analisi eseguite nel corso dello studio (interimanalysis), cioè prima della conclusione progettata dell’intervento (talora mentreè ancora in corso l’arruolamento!) un trial mostri un beneficio per uno dei gruppiin studio tale da rendere eticamente obbligatoria l’interruzione precoce dellostudio, con conseguente rottura della randomizzazione e assegnazione di tutti isoggetti arruolati al trattamento più efficace.Le interim analysis devono essere previste nel protocollo dello studio!

Lo Women Health Initiative (WHI) è un grande studio che includeva, secondo ilprogetto originale, 4 trial randomizzati ed uno studio osservazionale in donne inperi- e post-menopausa. I 4 trial erano:• estrogeni+progestinici vs placebo (A)• estrogeni vs placebo (B)• calcio+vitamina D vs placebo (C)• intervento dietetico vs nessun intervento (D)Il trial (A) fu interrotto precocemente nel 2002 perché nel gruppo di intervento erastato registrato un incremento di infarto miocardico, ictus, tumore del seno etromboembolismo venoso (a fronte di una riduzione di tumore colorettale efratture, che però non erano sufficienti a rendere il “saldo” positivo).