论文部分内容阅读
生物类似药(Biosimilars)是与原研参照药(在该地区已经批准上市)高度相似，并在安全性、纯度和效价方面与参照药没有临床意义差别的一种生物药物，尽管它们在临床非活性成分上可能存在着细微差异。生物类似药不同于传统小分子仿制药，不是其原研参照药的精确复制，是结构非常复杂的大分子生物制品，因此证明生物类似药与原研参照药的生物相似性(Biosimilarity)是生物类似药研发与评价的核心。按照“逐步递进”的原则，生物相似性的评价始于质量研究中结构和功能特性的分析相似性，中于非临床研究(即临床前的药效学、药代动力学和毒理学等研究)，终于临床研究方面的相似性。
质量比对研究中的分析相似性是生物类似药研发与评价的基础，是保证生物类似药安全性和有效性的前提，也是简化生物类似药非临床及临床研究的基础。这是由于生物类似药具有相对分子量大、结构复杂和变异体多样等特点，并且生产工艺中的任何微小差异都可能产生临床上有意义的安全性和有效性问题。只有进行全面、深入、彻底的质量比对研究找到生物类似药与原研参照药之间的差异，再通过非临床研究和临床研究进一步对其有效性和安全性进行评价，才能最终决定是否批准为生物类似药。质量比对研究阶段通常采用适合的、最先进的分析检测方法对生物类似药和参照药进行功能结构、生物学活性、纯度和杂质等方面“头对头”(head-to-head)的比较研究，以说明生物类似药与参照药在各质量参数上是否相似。质量参数中的关键质量属性(Critical Quality Attributes, CQAs)直接影响药物产品的有效性或安全性，因此评价两者在CQAs上的相似性是质量比对研究的重要步骤。
生物类似药的Ⅲ期临床试验往往是随机、双盲、平行对照设计的临床等效性试验，目的是确证生物类似药与原研药有相似的有效性及安全性，最终为生物类似药的注册上市提供充分的依据。临床等效性试验的基本原理、检验假设的构建、统计分析的方法以及经典的样本量估计等统计问题都已有非常丰富的研究成果和实践知识。比如临床等效性的检验假设可表示为H0:μA-μB≤L或μA-μB≥Uvs.H1:L＜μA-μB＜U，其中μA,μB分别是药物A和B的主要临床终点，L,U分别是具有临床意义的等效性界值下限和上限；统计方法可分为可信区间法和假设检验法；两组均数和两组有效率比较的样本量估计也有相应的公式、R语言代码。然而，针对生物类似药的特点，一些特殊的问题需要特别考虑，比如在临床试验中如何利用原研药的历史数据以及如何考虑不同批次或不同生产工艺间原研参照药自身固有的疗效差异等。
针对以上问题，本文从以下两个方面开展研究，主要研究内容和结果如下：
1.第一层级关键质量属性分析相似性评价方法的研究
考虑到生物药具有变异性，这种变异性可能会对临床疗效产生重大影响，因此本研究首先引入了以候选药组与参照药组总体方差之比σT2/σR2为效应量的方差相似性检验，将它作为分析相似性评价过程的重要部分。其次，重点讨论了第一层级CQAs的等效性检验，分别考虑σT2=σR2和σT2≠σR2两种情况以单变量数值积分的形式给出了检验效能的精确公式。模拟比较显示比起ChowShein-Chung提出的公式，该公式更适合于生物类似药CQAs的等效性检验。基于该公式，模拟讨论了以下几个实际中亟需解决的具体问题，并一一给出了解决办法：(1)对于如何处理两组样本量严重不均衡，提出在等效性检验过程中将参照药组的样本量nR控制在候选药组样本量nT的1~1.5倍以内，即nR∈[nT,1.5nT]；(2)通常会出现参照药组获得的样本量NR远远大于等效性检验所需的样本量nR的情况，针对如何从NR中选取nR个样本值，我们建议从NR中随机不放回抽取nR个样本值用于估计等效检验所需的(X)R,SR2，用全部NR个样本值估计等效界值所需的SR；(3)当批次间存在相关性时能否正确估计总体标准差σR和σT，经过大量的模拟试验尚未得到一个既能提升检验效能又能控制Ⅰ类错误的理想校正方法，因此我们建议药企应该选择独立的批次数据以尽可能降低批间相关性。最后给出了确定最优样本量的策略，得到了各种参数组合下的最优样本量结果。考虑到一些CQAs的分析数据严重偏态，本研究还讨论了Mann-Whitney非参数等效性检验，研究了Mann-Whitney等效性检验的检验效能、Ⅰ类错误以及样本量估计等问题。
基于以上讨论，我们提出了一套相对完整可行的评价候选药与原研参照药的第一层级CQAs分析相似性的流程：首先采用风险排序和过滤的方法与药企研发分析部门一起确定第一层级的CQAs；其次确定方差相似性界值，进行方差相似性检验，判断候选药与参照药在该CQA的总体方差σT2与σR2是否相似；第三，确定等效性界值及候选药组与原研药组存在的真实潜在的差异，根据我们模拟的结果确定样本量；第四，计算相应的统计量及等效性检验的拒绝域，判断候选药与参照药在该CQA是否具有相似性。此外，如果小样本的CQAs分析测试值不符合参数检验的条件如正态性时，我们选择应用Mann-Whitney等效性检验。
2.生物类似药Ⅲ期临床等效性试验的统计方法研究
由于生物类似药的参照药要求是已经批准上市的原研产品，原研药上市多年积累了大量可用的历史信息，这些历史数据为生物类似药的临床试验设计和分析提供了先验信息，因此，本部分借助校正幂先验这一贝叶斯理论方法有效地利用这些先验信息。首先提出了基于Anderson-Darling(AD)检验的校正幂先验，给出了幂先验中幂指数δ的构建方法。该方法度量了历史数据DH与当前试验数据DR的一致性(congruency)，模拟结果说明当DH与DR一致性非常好(DH与DR两组数据对应的两总体均数、总体方差都相等或者两总体率相等)时，幂指数δ趋于1；当DH与DR不一致(两总体均数之差或者两总体率之比超出了预先设定的等效界值)时，幂指数δ趋于0。其次，模拟比较了AD检验与Kolmogorov-Smirnov(KS)检验两种统计量在识别差异和确定幂指数δ方面的能力，得出在生物类似药临床试验的背景下，AD检验统计量能够识别更细微的差异，得到更合理的幂指数，表现更优。第三，讨论了基于AD检验的校正幂先验方法在生物类似药临床试验中的应用，分别得到了平行组设计下两正态总体均数之差以及两二项分布总体率之比的后验分布，给出了确定生物类似药Ⅲ期临床等效性试验所需样本量的策略。模拟试验结果表明：校正幂先验方法能够借鉴原研药的历史信息提高当前临床试验的检验效能，同时也能控制既定的Ⅰ类错误，并且相较于频率学派的方法，该方法能有效地节省当前试验所需的样本量。
此外，由于1∶1平行组设计未能考虑不同批次间原研参照药的疗效变异性，在临床等效性设计中我们采用了更为一般化的平行设计：1+k臂平行设计。该设计将原研药的不同批次作为独立的变量，把目标受试人群随机分为1+k组，分别为1组研究药物组T，k组原研参照药组R1,R2,…,Rk。首先以不同批次参照药的疗效变异作为参考，定义了1组研究药物组与k组原研参照药组的欧氏距离形式的相对距离；其次给出具体的检验假设并利用中心极限定理及多元?方法对其拒绝域进行了严格的理论推导；第三，推导得到了相应的检验效能、样本量以及Ⅰ类错误公式；最后，模拟试验展示了1+k臂平行设计的具体应用。该方法的优势在于采用相对距离融入了不同批次参照药的差异，既有理论推导又有模拟试验，可以很好地用于生物类似药的Ⅲ期临床等效性试验中。
本文的创新点和贡献如下：①提出了一套相对完整的评价生物类似药与原研参照药第一层级CQAs分析相似性的流程；编写了可直接应用于实践的R代码；②模拟研究了实际中的常见问题，如最优样本量的确定、批间相关时总体标准差的估计等，给出了可行的建议；③将基于AD检验统计量的校正幂先验方法应用于生物类似药Ⅲ期临床等效性试验中，并给出了确定样本量的策略；④在率差形式的1+k臂平行设计下，理论推导了检验假设的拒绝域、检验效能、样本量及Ⅰ类错误公式。本文以生物类似药的CQAs分析相似性评价和临床等效性试验为主要研究对象，以理论推演与模拟试验为研究工具，旨在推动这些理论方法在生物类似药研发和评价中的应用。
质量比对研究中的分析相似性是生物类似药研发与评价的基础，是保证生物类似药安全性和有效性的前提，也是简化生物类似药非临床及临床研究的基础。这是由于生物类似药具有相对分子量大、结构复杂和变异体多样等特点，并且生产工艺中的任何微小差异都可能产生临床上有意义的安全性和有效性问题。只有进行全面、深入、彻底的质量比对研究找到生物类似药与原研参照药之间的差异，再通过非临床研究和临床研究进一步对其有效性和安全性进行评价，才能最终决定是否批准为生物类似药。质量比对研究阶段通常采用适合的、最先进的分析检测方法对生物类似药和参照药进行功能结构、生物学活性、纯度和杂质等方面“头对头”(head-to-head)的比较研究，以说明生物类似药与参照药在各质量参数上是否相似。质量参数中的关键质量属性(Critical Quality Attributes, CQAs)直接影响药物产品的有效性或安全性，因此评价两者在CQAs上的相似性是质量比对研究的重要步骤。
生物类似药的Ⅲ期临床试验往往是随机、双盲、平行对照设计的临床等效性试验，目的是确证生物类似药与原研药有相似的有效性及安全性，最终为生物类似药的注册上市提供充分的依据。临床等效性试验的基本原理、检验假设的构建、统计分析的方法以及经典的样本量估计等统计问题都已有非常丰富的研究成果和实践知识。比如临床等效性的检验假设可表示为H0:μA-μB≤L或μA-μB≥Uvs.H1:L＜μA-μB＜U，其中μA,μB分别是药物A和B的主要临床终点，L,U分别是具有临床意义的等效性界值下限和上限；统计方法可分为可信区间法和假设检验法；两组均数和两组有效率比较的样本量估计也有相应的公式、R语言代码。然而，针对生物类似药的特点，一些特殊的问题需要特别考虑，比如在临床试验中如何利用原研药的历史数据以及如何考虑不同批次或不同生产工艺间原研参照药自身固有的疗效差异等。
针对以上问题，本文从以下两个方面开展研究，主要研究内容和结果如下：
1.第一层级关键质量属性分析相似性评价方法的研究
考虑到生物药具有变异性，这种变异性可能会对临床疗效产生重大影响，因此本研究首先引入了以候选药组与参照药组总体方差之比σT2/σR2为效应量的方差相似性检验，将它作为分析相似性评价过程的重要部分。其次，重点讨论了第一层级CQAs的等效性检验，分别考虑σT2=σR2和σT2≠σR2两种情况以单变量数值积分的形式给出了检验效能的精确公式。模拟比较显示比起ChowShein-Chung提出的公式，该公式更适合于生物类似药CQAs的等效性检验。基于该公式，模拟讨论了以下几个实际中亟需解决的具体问题，并一一给出了解决办法：(1)对于如何处理两组样本量严重不均衡，提出在等效性检验过程中将参照药组的样本量nR控制在候选药组样本量nT的1~1.5倍以内，即nR∈[nT,1.5nT]；(2)通常会出现参照药组获得的样本量NR远远大于等效性检验所需的样本量nR的情况，针对如何从NR中选取nR个样本值，我们建议从NR中随机不放回抽取nR个样本值用于估计等效检验所需的(X)R,SR2，用全部NR个样本值估计等效界值所需的SR；(3)当批次间存在相关性时能否正确估计总体标准差σR和σT，经过大量的模拟试验尚未得到一个既能提升检验效能又能控制Ⅰ类错误的理想校正方法，因此我们建议药企应该选择独立的批次数据以尽可能降低批间相关性。最后给出了确定最优样本量的策略，得到了各种参数组合下的最优样本量结果。考虑到一些CQAs的分析数据严重偏态，本研究还讨论了Mann-Whitney非参数等效性检验，研究了Mann-Whitney等效性检验的检验效能、Ⅰ类错误以及样本量估计等问题。
基于以上讨论，我们提出了一套相对完整可行的评价候选药与原研参照药的第一层级CQAs分析相似性的流程：首先采用风险排序和过滤的方法与药企研发分析部门一起确定第一层级的CQAs；其次确定方差相似性界值，进行方差相似性检验，判断候选药与参照药在该CQA的总体方差σT2与σR2是否相似；第三，确定等效性界值及候选药组与原研药组存在的真实潜在的差异，根据我们模拟的结果确定样本量；第四，计算相应的统计量及等效性检验的拒绝域，判断候选药与参照药在该CQA是否具有相似性。此外，如果小样本的CQAs分析测试值不符合参数检验的条件如正态性时，我们选择应用Mann-Whitney等效性检验。
2.生物类似药Ⅲ期临床等效性试验的统计方法研究
由于生物类似药的参照药要求是已经批准上市的原研产品，原研药上市多年积累了大量可用的历史信息，这些历史数据为生物类似药的临床试验设计和分析提供了先验信息，因此，本部分借助校正幂先验这一贝叶斯理论方法有效地利用这些先验信息。首先提出了基于Anderson-Darling(AD)检验的校正幂先验，给出了幂先验中幂指数δ的构建方法。该方法度量了历史数据DH与当前试验数据DR的一致性(congruency)，模拟结果说明当DH与DR一致性非常好(DH与DR两组数据对应的两总体均数、总体方差都相等或者两总体率相等)时，幂指数δ趋于1；当DH与DR不一致(两总体均数之差或者两总体率之比超出了预先设定的等效界值)时，幂指数δ趋于0。其次，模拟比较了AD检验与Kolmogorov-Smirnov(KS)检验两种统计量在识别差异和确定幂指数δ方面的能力，得出在生物类似药临床试验的背景下，AD检验统计量能够识别更细微的差异，得到更合理的幂指数，表现更优。第三，讨论了基于AD检验的校正幂先验方法在生物类似药临床试验中的应用，分别得到了平行组设计下两正态总体均数之差以及两二项分布总体率之比的后验分布，给出了确定生物类似药Ⅲ期临床等效性试验所需样本量的策略。模拟试验结果表明：校正幂先验方法能够借鉴原研药的历史信息提高当前临床试验的检验效能，同时也能控制既定的Ⅰ类错误，并且相较于频率学派的方法，该方法能有效地节省当前试验所需的样本量。
此外，由于1∶1平行组设计未能考虑不同批次间原研参照药的疗效变异性，在临床等效性设计中我们采用了更为一般化的平行设计：1+k臂平行设计。该设计将原研药的不同批次作为独立的变量，把目标受试人群随机分为1+k组，分别为1组研究药物组T，k组原研参照药组R1,R2,…,Rk。首先以不同批次参照药的疗效变异作为参考，定义了1组研究药物组与k组原研参照药组的欧氏距离形式的相对距离；其次给出具体的检验假设并利用中心极限定理及多元?方法对其拒绝域进行了严格的理论推导；第三，推导得到了相应的检验效能、样本量以及Ⅰ类错误公式；最后，模拟试验展示了1+k臂平行设计的具体应用。该方法的优势在于采用相对距离融入了不同批次参照药的差异，既有理论推导又有模拟试验，可以很好地用于生物类似药的Ⅲ期临床等效性试验中。
本文的创新点和贡献如下：①提出了一套相对完整的评价生物类似药与原研参照药第一层级CQAs分析相似性的流程；编写了可直接应用于实践的R代码；②模拟研究了实际中的常见问题，如最优样本量的确定、批间相关时总体标准差的估计等，给出了可行的建议；③将基于AD检验统计量的校正幂先验方法应用于生物类似药Ⅲ期临床等效性试验中，并给出了确定样本量的策略；④在率差形式的1+k臂平行设计下，理论推导了检验假设的拒绝域、检验效能、样本量及Ⅰ类错误公式。本文以生物类似药的CQAs分析相似性评价和临床等效性试验为主要研究对象，以理论推演与模拟试验为研究工具，旨在推动这些理论方法在生物类似药研发和评价中的应用。