umbayesadaptintro sm2

64
Introduc)on to Bayesian Adap)ve Methods Lecture notes modified from Dr. Melanie Quintana, Fall, 2013

Upload: sergiodragomiroff

Post on 11-Dec-2015

238 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Bayesian Clinical Trials

TRANSCRIPT

Introduc)on  to  Bayesian  Adap)ve  Methods  

Lecture  notes  modified  from  Dr.  Melanie  Quintana,  Fall,  2013  

Common  Trial:  How  do  I  get  to  work?  

Common  Trial:  How  do  I  get  to  work?  

•  Start  a  new  job  and  need  to  figure  out  the  fastest  way  to  get  to  work  – Could  take  the  highway  – Could  take  the  back  roads  

•  How  do  you  decide  which  way  to  go?  •  How  do  you  decide  how  to  decide?  

Common  Trial:  How  do  I  get  to  work?  

– Put  30  envelopes  in  your  car  where  each  has  one  of  3  routes  wriPen  on  the  inside.    Randomly  select  an  envelope  each  morning  and  drive  that  route.    Record  drive  )me  and  at  the  end  of  the  30  days  choose  the  route  with  the  quickest  average  drive  )me.      

– Drive  one  route  on  the  first  day.    Make  note  of  how  long  it  took  you.    Drive  a  different  route  the  next  day.    If  it  took  you  longer  than  the  first  route  you  switch  back  to  driving  the  first  route  the  next  day……    

Common  Trial:  How  do  I  get  to  work?  

•  Adap)ve  aspects  of  fastest  route  trial?  – Adap)ve  Randomiza)on  

•  If  one  route  took  too  long  once  you  tried  it  you  would  be  less  likely  to  try  it  again.  

– Arm  Dropping  •  If  a  route  took  WAY  too  long  then  you  may  want  to  drop  it  all  together  from  your  op)ons  and  never  take  it  again  

– Early  Stopping  •  How  long  un)l  you  had  enough  “data”  to  convince  you  of  the  fastest  route?  

Example:  RESPECT  Trial    

•  Inves)gate  whether  the  closure  of  pa)ent  foramen  ovale  (PFO)  using  the  Amplatzer  PFO  Occluder  is  superior  to  medical  therapy  in  preven)ng  stroke  

•  Randomized  1:1  to  closure  and  medical  therapy  groups  •  Original  Design:    –  Report  primary  results  once  25  events  (strokes)  had  been  observed    

–  If  19  or  more  of  these  strokes  were  in  the  medical  therapy  group  declare  success!  

–  Es)mated  80%  power  to  show  a  reduc)on  in  risk  with  closure  of  approximately  75%  

 

Example:  RESPECT  Trial    

•  An)cipated  Regret  –  Imagine  that  we  run  the  trial  and  it  is  a  near  miss…    – What  reasons  can  you  see  that  would  have  made  it  unsuccessful?  

Example:  RESPECT  Trial    

•  Data  at  )me  of  primary  analysis  –  980  pa)ents  enrolled  in  the  study  across  69  sites  

•  499  in  the  device  group    •  481  in  the  control  group  

–  851  (86.8%)  remained  in  ac)ve  follow-­‐up  •  dropout  rate  was  9.2%  in  the  closure  group    •  17.2%  in  the  medical  therapy  group      

–  In  the  inten)on-­‐to-­‐treat  cohort,  there  were  9  events  in  the  device  group  and  16  events  in  the  control  group.    •  Inves)gators  were  not  able  to  claim  success  

Example:  RESPECT  Trial    

0 2 4 6 8

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Years to Event

Even

t−fre

e Pr

obab

ility

Device Group(n=9)

Control Group(n=16)

HR, 0.49 (95% CI, 0.20−1.08)Post. Prob. HR < 1 = 96%

Example:  RESPECT  Trial    

•  What  went  wrong?  – Differen)al  drop  out:  Many  of  the  pa)ents  in  the  medical  therapy  group  dropped  out  of  the  study  or  went  to  the  closure  group  

– Does  not  appear  to  be  a  closure  benefit  within  the  first  year  •  Biological  reasoning  behind  this:  takes  )me  for  the  hole  to  close  

Example:  RESPECT  Trial    

•  What  could  we  have  done  differently?  – Allow  the  data  to  tell  us  when  to  stop    – Posterior  probability  that  closure  was  superior  to  medical  therapy  (HR  <1)  at  )me  of  primary  analysis  was  0.96.      

 – Would  you  have  chosen  to  stop  the  trial?    

What  are  Adap)ve  Designs?  

•  Adap)ve  Design  – A  design  that  “changes”  depending  on  observed  values  in  the  trial  

•  Prospec)ve  Adap)ve  Design  – A  design  that  has  pre-­‐specified  dynamic  aspects  that  are  determined  by  the  accruing  informa)on  

•  Every  )me  I  say  “Adap)ve  Design”  I  mean  “Prospec)vely  Adap)ve  Design”  

What  are  Adap)ve  Trials?  •  Trials  in  which  key  design  parameters  change  during  trial  execu)on  based  upon  a  priori    predefined  rules  and  accumula)ng  data  from  the  trial  to  achieve  goals  of  validity,  scien)fic  efficiency,  and  safety  

–  Planned:  All  possible  adapta)ons  defined  a  priori  – Well-­‐defined:  Criteria  for  adap)ng  clearly  explained  –  Key  parameters:  Not  minor  inclusion  or  exclusion  criteria,  rou)ne  amendments,  etc.  

–  Validity:  Reliable  sta)s)cal  inference  

What  are  Adap)ve  Trials?  Trials  that  change  based  on  prospec3ve  rules  &  the  accruing  informa3on  •  Adap)ve  sample  sizes  based  on  predic)ve  probabili)es  

–  Stop  early  for  success  –  Terminate  early  for  fu)lity  

•  Adap)ve  randomiza)on  –  For  sta)s)cal  efficiency  –  For  improved  pa)ent  treatment  –  Drop/Re-­‐enter  arms  or  dose  groups  

•  Adapt  to  responding  sub-­‐popula)ons  •  Adap)ve  borrowing  of  informa)on  •  Seamless  Phase  2/3  Designs  

 

• Drug  already  approved  in  Japan  but  not  in  the  US.    

• It  seems  efficacious  there,  but  the  popula)on  here  might  be  different.      

• For  the  sake  of  pa)ents  we  start  randomizing  3:1  so  most  pa)ents  get  something  we  think  is  effec)ve.        • We  incorporate  borrowing  from  the  Japanese  trial  to  effec)vely  increase  the  control  popula)on.        But  if  the  control  group  here  has  a  different  rate  than  in  Japan,  maybe  we  borrow  less  and  even  change  the  randomiza)on  probability  here  back  to  2:1  or  even  1:1.    

Typical  Prospec)ve  Adap)ve  Design  

Analyze Available Data

Continue Data Collection

Begin Data Collection with Initial Allocation and Sampling Rules

Stopping Rule Met?

Stop Trial or Begin Next Phase in Seamless

Design

Revise Allocation and Sampling Rules

per Adaptive Algorithm

Adap)ve  Advantages  

•  Companies  save  resources  and  successful  drugs/devices  get  to  market  faster  – Stop  a  trial  early  if  it  is  most  likely  fu)le  and  move  on  to  the  next  promising  drug/device  

– Stop  a  trial  early  for  success    •  More  pa)ents  get  treated  with  the  bePer  drug  /device  during  the  trial  – Would  you  rather  be  the  last  pa)ent  enrolled  in  a  clinical  trial  or  the  first  person  treated  aper  its  results  are  published?  

Adap)ve  Design  Tools  Using  Bayesian  tools  to  help  us  design  the  trial?    •  Posterior  Probability    

–  Probability  that  the  drug  is  effec)ve  given  the  data  you  have  seen  so  far  –  Probability  that  the  dose  is  the  maximum  effec)ve  dose  given  the  data  

you  have  seen  so  far  •  Can  use  these  to  allocate  pa)ents  and  to  declare  success  

•  Predic/ve  Probability  –  Probability  trial  will  be  successful  aper  outstanding  data  you  have  not  yet  

observed  –  Can  help  us  determine  the  likelihood  that  a  trial  will  be  successful  before  

it  even  starts    •  Example…  will  our  Phase  3  trial  be  successful  given  our  Phase  2  data??    

–  Help  us  decide  if  we  want  to  stop  the  currently  enrolling  trial  due  to  fu)lity  

•  Clinical  Trial  Simula/ons  –  Simula)ons  of  scenarios  of  how  the  trial  could  go  –  Help  us  test  our  design  

 

−4 −2 0 2 4

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

What  is  Bayesian?  

Frequen/st  •  θ  is  an  unknown  constant  

•  If  the  true  mean,  θ,  were  0,  how  likely  is  

2?  Pr X |θ = 0( )

X ~ N θ ,12( )

What  is  Bayesian?  

 

 Bayesian  

•  θ  is  a  random  variable!  

•  What  is  the  distribu)on  of  θ  aper  observing  X?  

X ~ N θ ,12( )

Pr θ | X( )

What  is  Bayesian?  

 

 •  How  do  we  get  there?    – From                                                                  to                                              ?  

•  Bayes  Theorem  (the  theorem  of  Inverse  Probability)  is  the  “crank”  that  gets  from    Pr(A|B)  to  Pr(B|A)      

X ~ N θ ,12( ) Pr θ | X( )

Pr B | A( ) = Pr A | B( )Pr B( )Pr A | B( )Pr B( ) + Pr A | BC( )Pr BC( )

What  is  Bayesian?  

 

 

Pr B | A( ) = Pr A | B( )Pr B( )Pr A | B( )Pr B( ) + Pr A | BC( )Pr BC( )

Prior  Probability  

Likelihood  (data)  

Posterior  Probability  

Prior  Beliefs  +  Data  =  Posterior  Probability  

Simple  Bayes  Example  

•   Coin,  Pr(HEADS)  =  π    •   π  =  0.25  or  π =0.75,  equally  likely.  •   DATA:  Flip  coin  twice,  both  heads.  •   π ???    

Simple  Bayes  Example  

=0.75( )2 0.5( )

0.75( )2 0.5( ) + 0.25( )2 0.5( )

= 0.90

Pr B | A( ) = Pr A | B( )Pr B( )Pr A | B( )Pr B( ) + Pr A | BC( )Pr BC( )

Pr p = 0.75 |DATA( )

=Pr DATA | p = 0.75( )Pr p = 0.75( )

Pr DATA | p = 0.75( )Pr p = 0.75( ) + Pr DATA | p = 0.25( )Pr p = 0.25( )

Bayes  Rule  More  Generally  

•  For  our  simple  example  θ= π •  Don’t  really  just  have  two  op)ons  – π  =  0.25  or  π =0.75  – π  =  any  con)nuous  value  from  0  to  1    

π θ | X( ) = L X |θ( )π θ( )L X |θ( )π θ( )dθ∫

Bayes  Rule  More  Generally  

0.0 0.4 0.8

01

23

4

Prior Beta(1,1)

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After S

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After SS

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After SSF

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After SSFS

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After SSFSF

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After SSFSFS

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After SSFSFSS

Pi

Den

sity

0.0 0.4 0.8

01

23

4

After SSFSFSSSFSSSSSSFS

Pi

Den

sity

Interac)ve  Drug  Development  Example    

•  Suppose  in  Phase  II,  with  20  pa)ents  on  Dose  2,  we  saw  6  successes  and  14  failures  

•  Assume  a  prior  distribu)on  for  Pr(Response)  (p)  of  beta(1,1)  

•  What  is  the  posterior  distribu)on  of  p?  – What  is  the  posterior  probability  p>.20  – 95  %  probability  that  the  response  rate  is  between  ___  and  ___?  

Posterior  Probability    

!!

Data|p~Bin(6,20)p~Beta(1,1)p|Data~? !!

Beta(a,b)= Γ(a+b)Γ(a)Γ(b) x

(a−1)(1− x)(b−1)

Γ(a)= (a−1)!

!!

pr(p|Data)∝pr(Data|p)pr(p)

∝ 206

⎝⎜⎞

⎠⎟p6(1− p)14

∝ 20!6!14!p

6(1− p)14

∝ Γ(21)Γ(7)Γ(15)p

(7−1)(1− p)(15−1)

!!Beta(7,15)

Posterior  Probability    

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

01

23

4

Prior Distributionp~Beta(1,1)

p

Density

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

01

23

4

Posterior Distributionp|data~Beta(7,15)

p

Density

01

23

4

Posterior Prob. Response Rate > .20

p

Density

0.0 0.2 1.0

Posterior  Probability    

Pr(p>.20|6S  and  14F)  =  0.89  

Posterior  Probability    0

12

34

Posterior 95% CI

p

Density

0.15 0.520.0 1.0

Interac)ve  Drug  Development  Example    

•  With  20  pa)ents  on  Dose  2  we  saw  6  successes  and  14  failures  

•  Assume  a  prior  distribu)on  for  Pr(Response)  (p)  of  beta(1,1)  

•  What  is  the  posterior  distribu)on  of  p?  •  What  is  the  predic)ve  probability  of  success  in  300  pa)ent  Phase  3  given  this  data?  

Predic)ve  Probability  

•  If  we  have  74  or  more  successes  out  of  300  we  will  win  Phase  3  (alpha  =  .025)  

 •  How  likely  is  it  that  we  will  see  74  or  more  successes  given  data  we  have  seen  so  far?  

•  What  is  the  the  distribu)on  of  future  data  given  data  we  have  seen  so  far?  

Predic)ve  Probability  

•  Simulate  a  (p  |  data)  from  beta(7,15)  •  Simulate  an  (x  |  p)  from  bin(300,p)  •  Distribu)on  of  x’s  is  beta-­‐binomial  –  the  predic)ve  distribu)on  – Can  count  the  propor)on  of  these  x’s  that  are  greater  than  or  equal  to  74  to  get  the  predic)ve  probability  of  success  in  Phase  3  

 

Pr(x | data) = pr(x | p) pr(p | data) dp∫=

300x

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟∫ px 1− p( )300−x Γ(22)

Γ 7( )Γ(15) p7−1 1− p( )15−1 dp

Beta-­‐Binomial  Dist  

0 50 100 150 200 250 300

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Binomial Distributionp=6/20

Number Successes Phase III

Den

sity

0 50 100 150 200 250 300

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Predictive Distributionp~Beta(7,15)

Number Successes Phase III

Den

sity

Condi)onal  Probability  vs.  Predic)ve  Probability  

0.75  

0.98  

•  Beta-­‐binomial  has  much  more  variability…  we  are  much  less  confident  that  we  will  be  successful  in  phase  3  than  if  we  would  have  just  assumed  the  response  rate  was  6/20  (=  0.3)  and  found  the  condi)onal  power  in  phase  3  given  this  response  rate!  

•  What  does  the  predic)ve  probability  look  like  if  we  recruit  an  addi)onal  20  and  we  see  we  see  12/40  at  our  next  interim  analysis?  

0 50 100 150 200 250 300

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Binomial Distributionp=12/40

Number Successes Phase III

Den

sity

0 50 100 150 200 250 300

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Predictive Distributionp~Beta(13,29)

Number Successes Phase III

Den

sity

Condi)onal  Probability  vs.  Predic)ve  Probability  

0.80  

0.98  

 •  Same  condi)onal  power  (since  we  are  condi)oning  on  same  value  of  p=0.3)  but  predica)ve  power  changes  even  though  the  es)mate  of  the  response  rate  does  not  change!  

•  Predic)ve  power  takes  into  considera)on  how  much  data  we  have  seen  and  how  certain  we  are  of  the  response  rate.      

0 50 100 150 200 250 300

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Binomial Distributionp=30/100

Number Successes Phase III

Den

sity

0 50 100 150 200 250 300

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Predictive Distributionp~Beta(31,101)

Number Successes Phase III

Den

sity

Condi)onal  Probability  vs.  Predic)ve  Probability  

0.87  

0.98  

Bayesian  Advantages  to  Trial  Design  

•  Provide  Intui)ve  Inference  –  Posterior  probability  of  treatment  effect    –  Posterior  probability  that  the  es)mate  of  the  treatment  effect  is  

in  some  interval  –  What  most  people  think  their  frequen)st  confidence  intervals  and  

p-­‐values  are  telling  them  •  Provide  predic)ve  probabili)es  of  success  before  and  during  

trials    –  Take  into  account  uncertainty  of  the  treatment  effect  –  Change  based  on  how  much  data  we  have  seen  

•  Synthesis  of  Evidence  –  Mul)ple  sources  of  informa)on  can  be  combined  (previous  trials)  –  Expert  opinion  can  play  a  role  in  inference  

 

Trial  Simula)on  

•  For  complex  adap)ve  designs  you  can  not  calculate  opera)ng  characteris)cs  analy)cally  (Type  I  Error  and  Power)  

     (integra)on  can  not  be  done  in  closed  form)    •  Simula)on  the  only  way  to  do  this…  

 

 

Interac)ve  Drug  Development  

 

 

•  An  example  in  drug  development  considering  molecule  with  unknown  effect  to  assess  in  a  dose  finding  Phase  2  trial.    –  3  doses  of  the  molecule  

•  The  goal  of  the  trial  will  be  to  determine  if  the  molecule  should  be  developed  in  Phase  3,  and  if  so  which  dose  should  be  developed.    –  The  company  will  have  resources  for  a  300  pa)ent  Phase  3  trial    

•  Your  goal  is  to  design  their  Phase  2  trial  in  stages,  adap)ng  the  number  of  pa)ents  assigned  to  each  dose  aper  each  stage.    

Interac)ve  Drug  Development  

•  Primary  Endpoint:  – Dose  efficacy  (0  =  no  response,  1  =  beneficial  response)  

•  An  effec)ve  dose  is  any  dose  that  has  Pr(response)  >=  20%  

•  Note  that  in  a  300  person  trail,  we  “win”  the  trial  if  we  observe  at  least  74  responses.    

 

Interac)ve  Drug  Development    

•  Thus  there  are  300  pa)ents  to  allocate  to  the  dose  arms  of  your  choice.  –  The  trial  is  divided  into  5  groups  of  60  pa)ents,  recruited  sequen)ally  

–  There  are  4  interim  analyses  where  you  will  get  efficacy  data  and  will  have  to  decide  one  of  three  things:  •  Terminate  the  trial  for  fu)lity  •  Stop  the  trial  for  success,  pick  dose  and  advance  to  Phase  3  tes)ng  

•  Con)nue  to  collect  data,  alloca)ng  the  next  60  pa)ents.  

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  Example  Prospec)ve  Design:  –  Interim  analysis  every  60  pa)ents  –  Begin  adap)ve  alloca)on  aper  we  see  first  60  pa)ents  •  Sample  pa)ents  based  on  probability  that  each  dose  is  “best”  

•  “best”  dose  is  defined  as  the  dose  that  provides  that  highest  response  rate  

–  Propose  to  stop  for  fu)lity  if  predic)ve  probability  of  success  in  Phase  III  for  max  dose  is  <  0.10  

–  Propose  to  stop  for  early  success  if  predic)ve  probability  of  success  in  Phase  III  for  max  dose  is  >.95  

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development:  N=60  

*Start  with  20  pa)ents  on  each  dose  

*Low  probability  Dose  1  is  max  

● ●

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pr(Response)

Dose

Pr(R

espo

nse)

− −

− −

1 2 3 1 2 3

Subject Allocation

Dose

Num

ber o

f Sub

ject

s

050

100

150

200

1 2 3

Prob. Dose has Max Response

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1 2 3

PPS in Phase III

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development:  N=120  

*Do  not  allocate  many  new  pa)ents  to  dose  1  

●●

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pr(Response)

Dose

Pr(R

espo

nse)

− −

−−

1 2 3 1 2 3

Subject Allocation

Dose

Num

ber o

f Sub

ject

s

050

100

150

200

1 2 3

Prob. Dose has Max Response

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1 2 3

PPS in Phase III

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development:  N=180  

*Stop  for  success  if  PPS  in  Phase  III  is  >.95  for  max  dose  

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pr(Response)

Dose

Pr(R

espo

nse)

−−

1 2 3 1 2 3

Subject Allocation

Dose

Num

ber o

f Sub

ject

s

050

100

150

200

1 2 3

Prob. Dose has Max Response

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1 2 3

PPS in Phase III

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development:  N=240  

*Stop  for  success  and  take  dose  3  to  Phase  III!  

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pr(Response)

Dose

Pr(R

espo

nse)

1 2 3 1 2 3

Subject Allocation

Dose

Num

ber o

f Sub

ject

s

050

100

150

200

1 2 3

Prob. Dose has Max Response

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1 2 3

PPS in Phase III

Dose

Prob

abilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  scenarios  should  we  simulate  under?    

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  scenarios  should  we  simulate  under?    

Pr(Response)  

Dose  1   Dose  2   Dose  3  

All  Null   .2   .2   .2  

All  Good   Max   Max   Max  

One  Good   .2   .2   Max  

Increase   .2   1/2Max    +  .1   Max  

•  Max  Response  Rate?  –  .3,.4,.5  

 

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  opera)ng  characteris)cs  should  we  report?  

 

 

 

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  opera)ng  characteris)cs  should  we  report?  – Probability  of  stopping  for  success  or  for  fu)lity  •  Early  or  Late?    

 

 

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  opera)ng  characteris)cs  should  we  report?  – Probability  of  stopping  for  success  or  for  fu)lity  •  Early  or  Late?  

– Mean  subjects  used  •  On  average  how  many  pa)ents  did  we  use    

 

 

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  opera)ng  characteris)cs  should  we  report?  – Probability  of  stopping  for  success  or  for  fu)lity  •  Early  or  Late?  

– Mean  subjects  used  •  On  average  how  many  pa)ents  did  we  use  

– Mean  dura)on  of  trial  •  On  average  how  many  interims  did  it  take  us  to  either  stop  for  success  or  fu)lity  

 

 

 

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  opera)ng  characteris)cs  should  we  report?  – Probability  of  stopping  for  success  or  for  fu)lity  •  Early  or  Late?  

– Mean  subjects  used  •  On  average  how  many  pa)ents  did  we  use  

– Mean  dura)on  of  trial  •  On  average  how  many  interims  did  it  take  us  to  either  stop  for  success  or  fu)lity  

– Probability  each  dose  was  chosen  as  the  “best”    

   

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

Prob.  of  Success  

Prob.  of  Fu/lity  

Mean  Subjects  

Mean  Dura/on  

Prob.  Dose  is  Best  

Scenario   Max  Response   Dose  1   Dose  2   Dose  3  

All  Null  (.2-­‐.2-­‐.2)  

.2   0.04   0.13   280.56   4.68   0.34   0.31   0.35  

All  Good  (Max-­‐Max-­‐Max)  

.3   0.82   0.00   162.12   2.70   0.37   0.32   0.31  

.4   1.00   0.00   75.60   1.26   0.32   0.34   0.34  

.5   1.00   0.00   61.08   1.02   0.34   0.33   0.33  

One  Good  (.2-­‐.2-­‐Max)  

.3   0.49   0.01   231.30   3.86   0.04   0.06   0.91  

.4   0.99   0.00   112.86   1.88   0.01   0.00   0.98  

.5   1.00   0.00   76.20   1.27   0.01   0.00   0.99  

Increase  (.2-­‐.5Max+.1-­‐Max)  

.3   0.52   0.02   223.44   3.72   0.04   0.00   0.96  

.4   0.99   0.00   108.00   1.80   0.01   0.00   0.99  

.5   1.00   0.00   76.80   1.28   0.00   0.00   1.00  

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  are  the  moving  parts  that  we  may  want  to  fine  tune?  – PPS  threshold  for  success:    •  Are  we  sending  too  many  null  trials  to  Phase  3?  •  Are  we  not  sending  enough  successful  trials?  

   

 

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

Prob.  of  Success  

Prob.  of  Fu/lity  

Mean  Subjects  

Mean  Dura/on  

Prob.  Dose  is  Best  

Scenario   Max  Response   Dose  1   Dose  2   Dose  3  

All  Null  (.2-­‐.2-­‐.2)  

.2   0.04   0.13   280.56   4.68   0.34   0.31   0.35  

All  Good  (Max-­‐Max-­‐Max)  

.3   0.82   0.00   162.12   2.70   0.37   0.32   0.31  

.4   1.00   0.00   75.60   1.26   0.32   0.34   0.34  

.5   1.00   0.00   61.08   1.02   0.34   0.33   0.33  

One  Good  (.2-­‐.2-­‐Max)  

.3   0.49   0.01   231.30   3.86   0.04   0.06   0.91  

.4   0.99   0.00   112.86   1.88   0.01   0.00   0.98  

.5   1.00   0.00   76.20   1.27   0.01   0.00   0.99  

Increase  (.2-­‐.5Max+.1-­‐Max)  

.3   0.52   0.02   223.44   3.72   0.04   0.00   0.96  

.4   0.99   0.00   108.00   1.80   0.01   0.00   0.99  

.5   1.00   0.00   76.80   1.28   0.00   0.00   1.00  

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  What  are  the  moving  parts  that  we  may  want  to  fine  tune?  – PPS  threshold  for  success:    •  Are  we  sending  too  many  null  trials  to  Phase  3?  •  Are  we  not  sending  enough  successful  trials?  

– PPS  threshold  for  fu)lity:    •  Are  we  stopping  a  trial  that  may  go  on  to  be  successful?  •  Are  we  not  stopping  enough  null  trials?  

 

 

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

Prob.  of  Success  

Prob.  of  Fu/lity  

Mean  Subjects  

Mean  Dura/on  

Prob.  Dose  is  Best  

Scenario   Max  Response   Dose  1   Dose  2   Dose  3  

All  Null  (.2-­‐.2-­‐.2)  

.2   0.04   0.13   280.56   4.68   0.34   0.31   0.35  

All  Good  (Max-­‐Max-­‐Max)  

.3   0.82   0.00   162.12   2.70   0.37   0.32   0.31  

.4   1.00   0.00   75.60   1.26   0.32   0.34   0.34  

.5   1.00   0.00   61.08   1.02   0.34   0.33   0.33  

One  Good  (.2-­‐.2-­‐Max)  

.3   0.49   0.01   231.30   3.86   0.04   0.06   0.91  

.4   0.99   0.00   112.86   1.88   0.01   0.00   0.98  

.5   1.00   0.00   76.20   1.27   0.01   0.00   0.99  

Increase  (.2-­‐.5Max+.1-­‐Max)  

.3   0.52   0.02   223.44   3.72   0.04   0.00   0.96  

.4   0.99   0.00   108.00   1.80   0.01   0.00   0.99  

.5   1.00   0.00   76.80   1.28   0.00   0.00   1.00  

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

•  Example  Change  in  Prospec)ve  Design:  –  Interim  analysis  every  60  pa)ents  –  Begin  adap)ve  alloca)on  aper  we  see  first  60  pa)ents  •  Sample  pa)ents  based  on  probability  that  each  dose  is  the  max  

–  Propose  to  stop  for  fu)lity  if  predic)ve  probability  of  success  in  Phase  III  for  max  dose  is  <  0.15  

–  Propose  to  stop  for  success  if  predic)ve  probability  of  success  in  Phase  III  for  max  dose  is  >.90  

Simula)on  of  Interac)ve  Drug  Development  

Prob.  of  Success  

Prob.  of  Fu/lity  

Mean  Subjects  

Mean  Dura/on  

Prob.  Dose  is  Best  

Scenario   Max  Response   Dose  1   Dose  2   Dose  3  

All  Null  (.2-­‐.2-­‐.2)  

.2   0.12   0.25   253.20   4.22   0.34   0.32   0.34  

All  Good  (Max-­‐Max-­‐Max)  

.3   0.93   0.00   116.46   1.94   0.33   0.33   0.35  

.4   1.00   0.00   63.96   1.07   0.32   0.36   0.32  

.5   1.00   0.00   60.12   1.00   0.35   0.31   0.34  

One  Good  (.2-­‐.2-­‐Max)  

.3   0.70   0.02   181.02   3.02   0.08   0.07   0.86  

.4   1.00   0.00   93.72   1.56   0.02   0.02   0.96  

.5   1.00   0.00   67.92   1.13   0.01   0.01   0.98  

Increase  (.2-­‐.5Max+.1-­‐Max  

.3   0.69   0.03   183.18   3.05   0.09   0.00   0.91  

.4   1.00   0.00   93.84   1.56   0.02   0.00   0.98  

.5   1.00   0.00   67.56   1.13   0.01   0.00   0.99  

Clinical  Trial  Simula)on  We  simulate  trials  to  see  how  our  adap3ve  design  machine  works      •  Scenarios    

–  Stress  test  the  machine  under  different  assumed  truths  (drug  doesn’t  work,  drug  is  really  good,  etc…)  

•  Sample  Trials    –  Watch  progress  of  a  virtual  trial.    The  real  trial  should  not  be  the  first  )me  

your  design  is  run  –  Don’t  want  surprises  during  the  trial  –  Great  for  debugging  (even  when  you  think  it’s  right)  –  Great  way  to  illustrate  the  adap)ve  process  to  collaborators,  

management,  IRBs,  DMCs,  investors,  etc.  •  Opera)ng  Characteris)cs    

–  Aggregate  results  of  many  sample  trials  under  many  different  scenarios  to  get  an  overall  picture  of  how  the  design  will  perform  

–  Usually  have  to  control  Type  I  error  rate  by  trial  &  error  •  Set  cri)cal  value,  run  1,000  sims,  check  Type  I  error  •  Adjust  to  get  Type  I  error  in  worst  case  scenario  at  2.5%  or  5%