Analisi di dati clinici relativi alla terapia per l'epatite C

Capitolo 1
Introduzione
L’epatite e` un processo infiammatorio del fegato molto spesso causato da un virus. I piu`
comuni virus epatotropi sono cinque e ci si riferisce a questi con la dicitura di tipo A, B,
C, D ed E. La malattia e` tanto diffusa che e` stato istituito un giorno di sensibilizzazione
mondiale, il 19 Maggio. Lo slogan dell’anno corrente e` stato “Am I number 12?” per
mettere in luce che una persona su dodici al mondo e` infetta dal virus dell’epatite di tipo
B o C. Si stima che circa 180 milioni di persone al mondo siano infette in particolare dal
virus dell’epatite C (Hepatitis C Virus, HCV) [1]. In Italia negli ultimi anni e` persino stato
rilevato un aumento dei casi di HCV a discapito di quelli di HBV (Hepatitis B Virus) [2],
che con la disponibilita` di un vaccino efficace dal 1991 sono notevolmente diminuiti.
Originariamente indicata come epatite non A e non B il virus dell’epatite di tipo C
e` stato identificato nel 1989 [3]. Si tratta di un flavivirus il cui meccanismo di azione
richiede la sintesi di DNA grazie alla trascrizione inversa dell’RNA virale. Il decorso della
malattia puo` essere asintomatico e in alcuni casi essa puo` rimanere silente per molto tempo
(decenni). Persino la cronicizzazione della stessa puo` progredire per anni in modo lento
e subdolo senza che il paziente se ne accorga [4]. E` proprio l’epatite cronica una delle
maggiori cause di cirrosi epatica e epatocarcinoma [1, 4]. La diffusione del virus e` dovuto
all’uso non appropriato di prodotti derivati dal sangue: attualmente le principali modalita`
di trasmissione dell’epatite C sono la tossicodipendenza, i trattamenti estetici, il piercing
e il sesso non protetto. Non e` da sottovalutare l’incidenza di coloro che hanno contratto
la malattia in ambiente ospedaliero prima della disponibilita` di un test in commercio che
rilevasse efficacemente la presenza del virus [5].
La terapia contro HCV, dal 1996, si e` basata prima, nell’uso di monoterapia con in-
terferone (IFN), poi nella terapia di combinazione con ribavirina (RBV). L’interferone e`
un potente immunomodulatore, mentre la ribavirina e` un analogo guanosinico capace di
mutare la struttura proteica del virus HCV [6]. Piu` recentemente sono divenuti disponibili
i risultati di ampi trial clinici internazionali che hanno valutato l’impiego di nuovi tipi di
interferone a lunga emivita. Tale farmaco, l’IFN-pegilato (Peg-IFN) ha permesso la sommi-
nistrazione su base settimanale grazie alla sua piu` lunga biodisponibilita`. Nello specifico,
in commercio sono disponibili due tipi di interferone-pegilato: l’interferone-pegilato alfa-2a
(Peg-IFN alfa-2a) e alfa-2b (Peg-IFN alfa-2b). Essi differiscono nella struttura tridimen-
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2 Capitolo 1 Introduzione
sionale e tale differenza ne modifica la farmaco-cinetica e la dinamica. La forma lineare
del Peg-IFN alfa-2b permette la somministrazione di una dose pro chilo che gli standard
internazionali hanno fissato a 1.5 µg/kg a settimana, invece il trattamento ordinario con
l’interferone-pegilato alfa-2a prevede una dose fissa, e non in base al peso del paziente,
di 180 µg a settimana. La terapia prevede anche l’assunzione di ribavirina con una dose
giornaliera di 15 mg/kg.
Esistono almeno 6 genotipi principali di HCV che vengono indicati con un numero pro-
gressivo da 1 a 6. La determinazione del genotipo di HCV ha rilevanti implicazioni cliniche
perche´ conoscere il genotipo permette di stabilire a priori, seppur con ampio margine di
variabilita`, la probabilita` di risposta alla terapia. Si deve far notare che la presenza di
casi infetti dal virus dell’epatite C con genotipo 5 o 6 e` molto rara in Italia. Inoltre, la
determinazione del genotipo influenza anche la durata della terapia. Infatti il genotipo 1
e 4, notoriamente piu` resistenti alla terapia, hanno un trattamento di 12 mesi mentre il
genotipo 2 e 3 e` trattato per 6 mesi.
Durante gli ultimi anni si e` cercato di studiare quali siano i fattori che permettono di
ottenere una risposta sostenuta alla terapia antivirale. Si definisce risposta sostenuta o
risposta a lungo termine l’eradicazione totale del virus alla fine del trattamento e in piu`
il mantenimento di tale stato per sempre. Si dice che un paziente ha ottenuto la risposta
sostenuta alla terapia per l’epatite C se a sei mesi dalla fine della terapia il virus non e`
rilevabile nell’organismo, e il paziente risulta quindi HCV-RNA negativo. Tali pazienti si
definiscono Long Term Responder.
Come discusso, la malattia puo` essere asintomatica: solo il 30% dei casi presentano
dei sintomi nella fase acuta [7], cioe` nei primi 6 mesi da quando si e` stati contagiati dal
virus. I principali sintomi sono malessere, perdita dell’appetito e ittero ma gli effetti piu`
devastanti sono quelli causati dalla cronicizzazione della malattia. Solo 15% dei casi si
risolve spontaneamente senza arrivare alla fase cronica mentre il restante 85% dei pazienti
rimane infetto ed incorre in una malattia epatica evolutiva la quale ha alti costi di gestione
clinica e alte percentuali di mortalita`. Circa il 20% dei pazienti cronici sviluppa la cirrosi
epatica: il tessuto sano del fegato viene sostituito in buona parte con tessuto fibrotico o
necrotico compromettendo le funzioni dell’organo. Tale patologia, specialmente la cirrosi
indotta da HCV, e` uno dei principali motivi di trapianto di fegato in Italia [8]. Per ultimo,
lo stadio piu` progredito della malattia puo` portare alla generazione di tumore primitivo
del fegato (Hepatocellular Carcinoma, HCC) di cui la cirrosi e` responsabile dell’ 80% circa
dei casi [9].
E` doveroso puntualizzare che la terapia per l’epatite C causa nel paziente molteplici
effetti collaterali provocando uno stato di generale sofferenza. In molti casi, una persona
affetta da questa malattia da anni, pur non presentando particolari sintomi, e` costretta ad
intraprendere una terapia che ne deteriora la qualita` di vita. Il principale aspetto negativo
dell’assunzione di interferone alfa e` infatti la permanenza dalle 6 alle 8 ore dall’iniezione
di uno stato simil-influenzale. Sebbene questo sintomo si attenui dopo 1 o 2 settimane di
trattamento, comunemente si acutizzano il malessere, l’apatia, la mialgia, la tachicardia e
l’anoressia [7]. Sempre legata a questo pesante trattamento e` la comparsa di comportamenti
depressivi nel paziente.
3Risulta percio` importante sviluppare un metodo computazionale semplice ed efficace
per predire la risposta sostenuta dell’individuo alla terapia. La costruzione di una terapia
mirata rispetto alle varie tipologie di pazienti e` il principale obiettivo di tale metodo, in
modo da ottenere la massima efficacia della terapia e la riduzione al minimo degli effet-
ti collaterali. Inoltre, identificare i pazienti ai quali possa essere sospeso il trattamento
precocemente non sarebbe utile solo per evitare al soggetto inutili effetti collaterali ma
permetterebbe anche di ridurre i costi della terapia somministrata inutilmente in quanto
non efficace. Si fa notare che un ciclo di terapia antivirale con Peg-IFN e RBV della durata
di 12 mesi costa circa 25,000e per ogni risposta sostenuta conseguita. Nonostante gli alti
costi legati alla terapia si vuole sottolineare che la spesa annua per singolo paziente non
trattato in stadio non avanzato di epatopatia e` di 350-450e l’anno, che cresce nel caso di
complicanze o cirrosi a 750-5000e l’anno. Un singolo trapianto di fegato costa indicati-
vamente dai 100,000e ai 200,000e [6] con una numerosita` di 800 casi all’anno in Italia.
Se queste spese vengono moltiplicate per il bacino di pazienti trattati per l’HCV si nota
quanto questa patologia gravi sul sistema sanitario nazionale. Risulta quindi necessario
ottimizzare al meglio la terapia per ridurre tali costi.
I principali indicatori dell’efficacia del trattamento si basano sul comportamento della
cinetica della viremia (o carica virale) durante la terapia. I test per rilevare la viremia di
un soggetto si basano su tecniche di biologia molecolare focalizzate sull’identificazione degli
acidi nucleici, quale ad esempio la Polymerase Chain Reaction (PCR). L’unita` di misura
standard della carica virale sono le Unita` internazionali su millilitro.
Per avere un riferimento alla nomenclatura standard dei tipi di risposta virologica con-
seguiti dal paziente vengono riportate in Tabella 1.1 le linee guida definite dall’American
Association for the Study of Liver Disease nel 2009 [1] (AASLD). Nelle linee guida del-
l’AASLD e` possibile estrapolare anche quali sono i parametri predittivi della terapia at-
tualmente osservati dai medici. Il fattore piu` importate in assoluto si dimostra il genotipo
di HCV. I genotipi 2 e 3 sono forme piu` sensibili che possono ottenere alte percentuali
di risposta sostenuta (superiore all’80%), rispetto al genotipo 1 e 4 che sono piu` casi piu`
difficili da guarire (40%). In secondo luogo risulta importante la viremia o carica virale che
e` espressione dell’attivita` replicativa del virus e se superiore a 600,000 UI/mL si dimostra
fattore sfavorevole all’efficacia della terapia. Altre caratteristiche favorevolmente associate
all’eradicazione virale sono: il sesso femminile, l’eta` piu` giovane (inferiore ai 40 anni), il
peso inferiore a 75 kg, il livello alto di ALT (Alanina Aminotransferasi, un enzima della
classe delle transaminasi contenuto all’interno delle cellule) e l’assenza di cirrosi o fibrosi
come pure di insulino-resistenza.
Come discusso, la probabilita` di risposta alla terapia antivirale con Peg-IFN e RBV
nell’epatite cronica C dipende pero`, non solo dai fattori sopracitati, ma e` soprattutto
determinata dal comportamento della cinetica virale durante la terapia. Per esempio, non
raggiungere la soppressione di 2 logaritmi al terzo mese rispetto ai valori basali, cioe` non
ottenere l’EVR, comporta nella totalita` dei casi il non riuscire ad ottenere la LTR. Per
contro, ottenere l’EVR non predice necessariamente la risposta sostenuta e in questo caso
si dovra` tener conto del completamento della corretta posologia terapeutica (dose standard
di trattamento). Infine, ottenere una rapida risposta alla terapia, cioe` gia` al primo mese
4 Capitolo 1 Introduzione
Tipo di risposta virologica Definizione
Rapid Virological Response (RVR) HCV-RNA negativo al primo mese di trattamento.
La quantita` di virus, misurabile in UI/mL tramite
uno strumento basato sulla PCR (Polymerase
Chain Reaction), deve essere al di sotto della soglia
di rilevabilita`
Early Virological Response (EVR) log10(viremia basale)− log10(viremia 3◦mese) ≥ 2
Decremento di almeno due logaritmi della vireamia
al terzo mese rispetto alla viremia basale
complete Early Virological Response
(cEVR)
Completa eradicazione virale al terzo mese di
terapia
partial Early Virological Response
(pEVR)
Completa negativizzazione della viremia al quarto,
quinto o sesto mese
End-of-Treatment Response (ETR),
Response (R)
Soppressione del virus a fine terapia. Viene sempre
valutata la viremia alla fine della terapia sia che
questa duri 6 mesi sia che duri 12 mesi o piu`
Sustained Virological Response
(SVR), Long-Term Response (LTR)
Virus non rilevabile nemmeno dopo 6 mesi dalla
fine del trattamento
Relapse (RR) Il virus era stato soppresso con la terapia ma dopo
6 mesi dalla stessa si ripresenta
Not Response (NR) Virus sopra la soglia di rilevabilita` al sesto mese di
trattamento
Tabella 1.1: Definizioni dei tipi di risposte virologiche
(RVR) si dimostra il piu` forte predittore della LTR per tutti i genotipi, anche per quello
piu` resistente di tipo 1.
In questa tesi viene fornito un approccio ragionato che tiene conto di tutti parametri
predittivi e di come sono legati tra di loro per predire la risposta sostenuta alla terapia
ad un qualsiasi istante temporale di trattamento. L’obiettivo finale e` la costruzione di tre
modelli relativi rispettivamente allo stato basale (prima del trattamento) del paziente, al
primo e al terzo mese di terapia. Semplicemente osservando i parametri che meglio predi-
cono l’esito della terapia lo specialista sara` in grado di stimare la probabilita` di risposta
sostenuta al trattamento dell’epatite C per un nuovo paziente. I parametri selezionati per
la costruzione del modello, dal metodo computazionale che lo costruisce, sono misurabili
tramite semplici test clinici di routine. Questa e` la carattestica che li rende realmente uti-
lizzabili in pratica. La natura altamente dinamica del problema ha permesso di spingersi
oltre la sola predizione. I modelli costruiti permettono di ottenere la probabilita` di guari-
gione in base alle informazioni note del nuovo paziente in un dato istante temporale e di
osservare come essa possa variare nel futuro a seconda delle scelte che il medico potrebbe
compiere. Modelli di questo tipo sono di utile supporto alle decisioni critiche che vengono
prese al pretrattamento, al primo e al terzo mese. Il medico avra` la possibilita` di basarsi su
informazioni specifiche per scegliere se e` il caso di indurre uno stop prematuro alla terapia
a causa della sua poca efficacia. Inoltre, potra` valutare facilmente che risultati potrebbe
apportare un eventuale scalo della dose di farmaco dovuto ad effetti collaterali. Dal pun-
5to di vista farmaco-economico questo metodo puo` migliorare il rapporto di costo-efficacia
della terapia per l’HCV.
Nello specifico i modelli ottenuti sono alberi decisionali per la stima di probabilita` co-
struiti con un approccio incrementale per serapare logicamente il passato e il futuro della
terapia ad un dato istante temporale. Allo stato dell’arte non sono presenti in letteratura
modelli predittivi chiari e semplici della cinetica virale dell’HCV. Modelli dinamici della
cinetica virale sono stati proposti in [10, 11] ma l’approccio troppo teorico ne rende diffi-
cile l’applicazione alla pratica comune. La stima della probabilita` di risposta sostenuta e`
stata invece presa in considerazione in [12]. Vengono proposte delle formule da utilizzare
ad istanti temporali diversi della terapia per stimare la probabilita` di riuscita della stes-
sa. Tali formule vengono costruite con la regressione logistica multivariata. Il risultato
e` interessante, viste le accuratezze dei modelli, ma rimane ancora poco trasparente e di
poco interesse per la pratica clinica. In [13] vengono invece proposti alberi decisionali per
stimare la probabilita` di ottenere la RVR o la cEVR allo stato basale del paziente, cioe`
prima dell’inzio della terapia. Purtroppo l’informazione fornita dal modello e` solo parziale
in quanto viene stimata la probabilita` di ottenere un fattore predittivo della risposta so-
stenuta (quale la RVR o la cEVR) e non la probabilita` di ottenere la risposta sostenuta
vera e propria. Osservando anche questi lavori, si e` sviluppato un metodo ad hoc per la
costruizione di modelli che avessero buone prestazione e che fossero semplici e chiari da
comprendere.
Il risultato e` il frutto della collaborazione tra il Dipartimento di Ingegneria dell’In-
formazione, in particolare del gruppo di ricerca dei Professori Andrea Pietracaprina e
Geppino Pucci , e la Clinica Medica 5 dell’Azienda Ospedaliera-Universitaria di Padova
a cui afferiscono le Dottoresse Luisa Cavalletto e Liliana Chemello.
Gli alberi decisionali per la stima di probabilita` ottenuti con l’approccio incrementale
sono stati valutati con le ROC curve. I valori minimi delle aree sottese dalle curve ROC
(AUC) nei test effettuati nel Capitolo 9 sono stati 0.593, 0.753 e 0.819 rispettivamente
allo stato basale del paziente (pretrattamento), al primo mese e al terzo mese di terapia.
I valori massimi nello stesso ordine sono stati 0.668, 0.779 e 0.895. Le AUC sono state
calcolate mediando 10 AUC ognuna ottenuta con una 10-fold cross-validation. Questi valori
certificano la validita` dei modelli proposti.
Il risultato di interesse medico e` presentato in maniera totalmente indipendente dalla
formalizzazione matematica del problema. Pertanto, il percorso di lettura consigliato a
coloro interessati ai soli modelli predittivi proposti e` il Capitolo 7 e 9 che presentano
rispettivamente l’analisi del problema clinico e i risultati sperimentali. Per chi e` interessato
invece all’aspetto tecnico si consiglia la lettura dei Capitoli 7, 8 e 9. Il Capitolo 8 presenta
appunto la formalizzazione matematica del problema. I Capitoli dal 2 al 6 possono essere
utilizzati per supporto teorico ai capitoli con le analisi dei risultati.