Dificultatea validarii biomarkerilor

Cristina  Ionescu, CSIII biolog, INGG “Ana Aslan”

Rezumat

In ceea ce priveste biomarkerii cardiaci, este mai putin clar daca includerea lor in algoritmii din clinica poate imbunatati sau nu acuratetea diagnosticului de insuficienta cardiaca si tratamentul bolii. Un motiv pentru care biomarkeri cardiaci au fost respinsi in urma validarii independente, astfel ca nu este permisa inca utilizarea lor de catre clinica, sunt numeroasele studii cu un numar prea mic de subiecti selectati, metodologii variate si slabe din punct de vedere al analizei statistice. Acestor studii nu li se pot aplica criterii cum sunt coerenta conceptului medical, metodologia corecta si robustetea datelor. In prezent se deruleaza trialul care va demonstra sau nu utilitatea peptidelor natriuretice  pentru  monitorizarea schemei de tratament in insuficienta cardiaca, deci se incearca propunerea unor biomarkeri de prognostic, nu numai de diagnostic al insuficientei cardiace. In ceea ce priveste biomarkerii oncologici, propunerea lor in vederea utilizarii presupune mai mult decat imbunatatirea tehnicilor de identificare in ser si anume integrarea datelor de medicina personalizata, a regulamentelor si legislatiei privind trialurile clinice si functionarea agentiilor  nationale in domeniul medicamentului. Mai mult decat atat, validarea biomarkerilor oncologici presupune  capabilitati de ordin cantitativ substantiale si tehnologii de statistica foarte avansate.

Abstract

With regard to cardiac,  heart failure biomarkers, it has been   less clear whether including them in clinical algorithms can improve the accuracy of  the diagnostic and treatment for patients with heart failure. One reason for a series of cardiac biomarkers being rejected after the independent validation   and as a consequence, not having yet approval for clinical use  have been numerous  studies with a small number of subjects enrolled, various methodologies and  statistically weak. Criteria such as consistency in concept, adequate design and robust data could not be applied to aforementioned studies. At present, trials on natriuretic-peptide–guided therapy are ongoing and so there are attempts at developing  biomarkers for heart failure prognosis and not  only  for diagnosis . As regards cancer biomarkers, their developments call for more than  improving serum assays, which is   integrating data of personalized medicine, regulatory and legislative issues concerning  clinical trials and drug administration national agencies. Moreover, cancer biomarkers validation requires advanced technologies for statistics and sophisticated quantitative capacities. As many times cardiac and also cancer biomarkers are rejected after independent validation, specialists recommend not to call them biomarkers  until they  pass independent validations.

Analizele privind  posibili biomarkeri cardiaci si oncologici ofera exemplificari de erori de abordare in diverse studii despre biomarkeri, care, in final, conduc la invalidarea acestora. In ceea ce priveste biomarkerii cardiaci, exista deja numeroase date despre peptidele natriuretice, galactin-3 si alti parametri care ar putea fi considerati markeri in insuficienta cardiaca, dar continua sa fie neclar in ce masura includerea lor in algoritmii de diagnostic poate sau nu imbunatati acuratetea diagnosticului si tratamentul pentru acesti pacienti. Cauza neasimilarii in practica medicala si a incertitudinii  asupra utilitatii unor astfel de  biomarkeri  este heterogenitatea cercetarilor care au fost efectuate. S-au derulat numeroase studii pe esantioane mici de participanti, cu o variabilitate mare a metodologiei lor si care au fost slabe din punct de vedere statistic  /1/. O concluzie care a reiesit din analiza critica a studiilor de mai sus, este faptul ca nu li se pot aplica criterii  cum sunt coerenta conceptului medical, adecvarea metodologiei si robustetea datelor. Peptidele natriuretice au fost recunoscute ca marker de diagnostic, dar in prezent se urmareste  stabilirea unor markeri de prognostic in insuficienta cardiaca. Desi utilizarea peptidelor natriuretice pentru a evalua eficacitatea terapiei in insuficienta cardiaca a fost propusa acum 14 ani, trialul multicentric Guiding Evidence Based Therapy Using Biomarker Intensified Treatment [GUIDE-IT], desfasurat recent,   va demonstra sau nu, daca trebuie tinut cont de peptidele natriuretice atunci cand se monitorizeaza schema terapeutica din insuficienta cardiaca. Propunerile  recente de continuare a cercetarilor de identificare a biomarkerilor cardiaci  se refera la publicarea inclusiv a cercetarilor  care nu confirma ipoteze deja formulate si mai ales, extinderea colaborarii dintre statisticieni si investigatori,  in vederea stabilirii unor  metodologii complexe  pentru trialurile clinice care utilizeaza biomarkeri.
In prezent, publicarea cercetarilor care infirma o serie de date ramane in discutie, optiunea  fiind net in favoarea studiilor  care  dezvolta  metode de analiza  statistica avansata /1/. Lipsa validitatii biomarkerilor „descoperiti” in numeroase studii a atras atentia mai ales statisticienilor din domeniul biomedical. In cazul biomarkerilor cardiaci au fost precizate foarte clar, inca din 2011, greselile din punct de vedere statistic care invalideaza biomarkerii. Acestea sunt:

• absenta datelor privind testul ariei de sub curba (AUC) care poate evidentia discriminarea pe care o realizeaza un marker de risc (parametru) comparativ cu un alt marker (parametru);
• absenta rezultatelor la testul statistic de adecvare in modelele de regresie logistica cu mai multe variabile;
• absenta datelor privind calibrarea si validarea markerilor de risc propusi si
• absenta datelor privind probabilitatea ca prin utilizarea acestor noi markeri de risc, pacientii sa fie re-inclusi intr-o alta categorie de risc cardiovascular /2, 3/ .

Inca din 2010, E Diamandis (Laboratorul de Medicina si Patologie, Spitalul Mount Sinai, Toronto, Canada) a evidentiat ca, in cazul biomarkerilor, validarea independenta, de catre anumite grupuri de investigatori (tabel), este cea care  confirma sau nu,  utilitatea lor in clinica, ceea ce nu trebuie confundat cu validarea lor  prin  folosirea selectiva,   numai a  unor metode statistice si grupuri de studiu, ceea ce lesne conduce la validare. In cursul validarii independente se prezinta  rezultatele la testul ariei de sub curba (AUC), in conditiile unei sensitivitati si specificitati a biomarkerului respectiv, care ambele sunt precizate /4/. Deci, validarea independenta aduce in discutie utilitatea markerului propus, iar rezultatele testului AUC confirma sau nu o posibila contributie a markerului la efectuarea unui diagnostic. Este binecunoscut ca, spre deosebire de biomarkeri, parametrii cu valoare diagnostica din clinica au sensibilitate, specificitate, predictibilitate pozitiva  si putere discriminativa (testul AUC) specificate.

Tabel: Biomarkeri validati independent, in mai multe etape, de catre diverse grupuri de investigatori.  In prezent, acesti biomarkeri sunt  utilizati in unele clinici.

Studiile de validare independenta se efectueaza “in orb”.

Tabel din: Claire S. Zhu, Paul F. Pinsky, Daniel W. Cramer, et al. A Framework for Evaluating Biomarkers for Early Detection. Cancer Prev Res. 2011, 4, 375-383. Legat de studiile privind  biomarkerii oncologici, E. Diamandis subliniaza ca apar diferente foarte mari intre sensitivitatea metodelor initial mentionata in raportul asupra studiului respectiv si sensitivitatea acelorasi metode determinate insa in cursul analizei de validare. In acest sens, este recomandata evaluarea exigenta a acuratetii metodei analitice folosite, inaintea validarii de catre investigatori independenti, in studii orb (validarea independenta, blind studies), a biomarkerului. Numarul mic de biomarkeri in cancer care se pot folosi pentru detectarea timpurie a bolii sau pentru screening populational este totusi un inconvenient major pentru practica medicala, care nu poate fi pus pe seama  lipsei de cunostinte in domeniu sau inexistentei unor tehnici sofisticate.  Exemple de determinari de  biomarkeri prin tehnici de inalta performanta, dar care ulterior validarii  independente, deci in final nu au servit la confirmarea biomarkerilor  propusi, sunt:

• Profilul proteinelor din urina, prin rezonanta magnetica nucleara;
• Profilul proteomic al serului (spectrometrie de masa) propus pentru cancerul ovarian.

In ceea ce priveste biomarkerii din cancer, este esential ca specificitatea acestora pentru tesutul investigat sa fie foarte mare. Daca biomarkerul studiat apare si in alte tesuturi, atunci nivelul sau determinat in cazul persoanelor sanatoase, va fi mare si nu va putea diferentia persoanele care au niveluri crescute din cauza cancerului. De asemenea, nivelurile mari  evaluate pot fi explicate si prin comorbiditatea cancerului cu o boala non-neoplazica, dar care influenteaza nivelurile determinate ale biomarkerului respectiv, de exemplu nivelurile PSA care pot creste din cauza prezentei prostatitei /5 /.  Observatia per ansamblu in ceea ce priveste  biomarkerii oncologici  a fost ca, de aproximativ doua decade, cu exceptia markerilor CA 125 pentru cancerul ovarian, a antigenului de prostate PSA, in cazul caruia exista totusi controverse /6/,  si a markerului CA19-9 pentru cancerul pancreatic, CA 15.3 pentru cancerul mamar, niciun alt biomarker oncologic important  pentru detectarea timpurie a bolii sau screening populational, nu a fost recomandat de oncologi si specialisti in ghidurile de practica clinica, desi s-au alocat fonduri substantiale, iar promovarea prin media a fost ampla. Cele mai frecvente deficiente in astfel de studii raman  metodologiile inadecvate si  absenta procedurilor de validare  independenta. Un biomarker major reprezinta un indicator in prealabil aprobat de Agentia pentru Administrarea Alimentelor si Medicamentelor  a USA (FDA), care poate fi folosit  pe scara larga si recomandat de experti  in vederea utilizarii lui conform  ghidurilor de practica clinica, dintre care cel publicat de Societatea NordAmericana US de Oncologie Clinica, este binecunoscut.
Biomarkerul este un  indicator masurabil si caracteristic fie pentru un proces biologic/ patologic, fie pentru raspunsul la o interventie terapeutica. Ultima aprobare de catre FDA pentru un biomarker oncologic a fost in 2009, cu mentiunea ca biomarkerul in cauza, respectiv proteina HE4 din cancerul ovarian este un biomarker minor in sensul ca permite numai monitorizarea recurentei /7/. Evidentierea unor posibili biomarkeri oncologici presupune dificultati multiple. De exemplu, pentru depistarea bolii intr-un stadiu timpuriu, cand tumora este asimptomatica, compusul tumoral – biomarker trebuie sa fie eliberat in circulatie intr-o concentratie care sa poata fi detectabila. In cazul in care se analizeaza fragmente de tesut (biopsii), este necesar sa fie cunoscute informatiile despre dieta pacientului, stilul de viata, medicamente, exercitiul fizic practicat, dar si conditiile stocarii in biobanca, care toate pot afecta nivelul biomarkerului care se determina. O posibila greseala care poate conduce la invalidare este tocmai aceasta abordare insistenta a aspectelor calitative ale biomarkerului. Pentru studiile viitoare, autorii articolului  recomanda  chiar  evitarea cuvantului biomarker  pana cand validarea statistica independenta  a indicatorului   (deci analizele populationale, nu numai identificarea sa calitativa) nu il confirma. Utilizarea biomarkerilor oncologici in cercetarile privind  sinteza de noi compusi farmacologici pentru chimioterapii poate fi un argument pentru utilitatea lor. E. Diamandis si S. Khleif subliniaza ca, in prezent, propunerea de noi biomarkeri specifici bolilor maligne trebuie sa aiba in vedere in plus fata de perfectionarea tehnicilor de identificare in ser a biomarkerilor,  reglementarile, legislatia care priveste trialurile clinice si functionarea agentiilor nationale  din domeniul  medicamentului /7/. Posibilitatea folosirii biomarkerilor validati si a medicinii personalizate, deci a testelor de genetica, reprezinta modificarea majora care afecteaza trialurile clinice din oncologie. Lipsa validitatii  biomarkerilor face inutilizabila colectarea anterioara a datelor,  inclusa in cercetarile efectuate. In acest sens, tinand cont de decalajul tehnologic si tehnic comparativ cu posibilitatile de investigare biomedicala din America de Nord si tari din nord-vestul Europei, este pagubitoare alegerea gresita a unor indicatori care se determina prin metode sofisticate, dar care sunt  invalidati si astfel posibil nerelevanti pentru patologiile respective. Dimpotriva, posibilitatea de a avea la indemana teste cu valoare diagnostica, validate si eficiente in evaluarea starii de sanatate este profitabila, dar conditionata de utilizarea lor sistematica intr-un anumit esantion populational. Exemplul alegerii unor metode simple, de estimare a riscului de boala, este un studiu de medicina de familie publicat de autori australieni care au urmarit, prin cercetarile efectuate, validarea  unui chestionar care  ofera date despre istoricul familial al unor boli cu componenta genetica si anume  cancerul cu diferite localizari, boala cardiaca ischemica si diabetul zaharat tip 2.  In cursul studiului, medicii australieni au comparat acuratetea informatiilor lor, cu datele costisitoarei consilieri genetice privind bolile enumerate mai sus investigate pana la rudele de gradul 3, in cazul acelorasi pacienti/8/. In urma validarii  chestionarului, una dintre concluzii a fost ca datele care se obtin prin utilizarea intrebarilor din chestionar pot fi duplicate in alte cercetari, chiar in studii nationale, deci sunt reproductibile.

Referinte bibliografice

1. http://www.medscape.com/viewarticle/826557A Good Shake-up Needed in HF Biomarker Research: Report
2. http://www.medscape.com/viewarticle/713309
3. Wilson PWF. Challenges to improve coronary heart disease risk assessment. JAMA 2009; 302:2369-2370.
4. Claire S. Zhu, Paul F. Pinsky, Daniel W. Cramer,  et al. A Framework for Evaluating Biomarkers for Early Detection. Cancer Prev Res. 2011, 4, 375-383.
5. Diamandis E.P Cancer Biomarkers: Can We Turn Recent Failures into Success? doi:  10.1093/jnci/djq306
6. Diamandis E.P. Early Prostate Cancer Antigen-2  A Controversial Prostate Cancer Biomarker Clin.Chem. 2010, 56, 4, 542-544 .
7. http://www.medscape.com/viewarticle/727018?src=emailthis No Major Cancer Biomarkers in Decades, Despite Funding and Hype
8. http://www.viata-medicala.ro/*articleID_8546-dArt.html Dr. A.M.