新葯I期、II期、III期之臨床試驗設計路徑
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新葯臨床試驗設計路徑：I期臨床試驗
1 背景知識
臨床試驗，英文為clinical trial，而不是clinical experiment。學葯童鞋肯定或多或少做過各種實驗，不管是化學實驗、生物實驗還是製劑實驗、藥理實驗，用的都是「實驗」二字。所謂「實驗」，《現代漢語詞典》的定義是為了檢驗某種科學理論或假設而進行某種操作或從事某種活動；而「試驗」是為了察看某事的結果或某物的性能而從事某種活動。而臨床試驗正是為了考察新葯對目標患者的效用而展開的一系列的試驗，本系列文章就和大家講講新葯的臨床試驗。
新葯研發過程主要包括苗頭分子的發現、細胞活性評價、非臨床藥理毒理研究、臨床試驗和上市後的安全性監督。其中臨床試驗耗資/耗時基本占整個新葯開發的60%~80%，可謂是新葯開發最耗錢耗時的階段。FDA將臨床研究分為三期，這三期臨床研究通常按期依次實施，但也可以有重疊；另外針對新葯批准上市後的臨床研究，FDA定義其為IV期臨床試驗。ICHE8根據臨床研究的目的將臨床試驗同樣分為4期。
2006年，FDA發布了《Guidance for industry， investigators and reviewers exploratory IND studies》，提出0期臨床試驗概念，其受試者更少(≤10例)，研究周期更短(≤7天)，用於探索新葯在人體的葯代動力學和藥效學研究，為I期臨床提供指導。不管是0期臨床試驗概念，還是傳統三分法臨床試驗，其分期的目的是基於風險控制的哲學觀。I期臨床通常採用少量(數十人)健康志願者作為受試者，相較於採用較多患者作為受試者的II期以及更大樣本量的III期臨床試驗而言，具有成本低(人少)，時間短(可供的健康受試者眾多)和低風險(健康受試者身體抵抗力較強)等特點。
2 I期臨床試驗全景
2.1 是什麼(Who)
I期臨床試驗是在動物藥理毒理試驗基本成功的基礎上，首次應用在人體上，用來初步評價新葯的人體耐受性和葯代動力學試驗。
2.2 為什麼(Why)
I期臨床試驗主要目的是觀察隨人體給藥劑量增加而出現副作用的情況，新葯在人體葯代動力學性質以及收集有效性的早期證據。通過I期臨床試驗，觀察人體對新葯的耐受程度、葯代動力學和藥效動力學，探索藥物最大耐受劑量(Maximal Tolerable Dose，MTD)、劑量限制性毒性(Dose-Limiting Toxicity，DLT)，為制定接下來II、III期臨床試驗設計和給藥方案提供依據。
2.3 做什麼(What)
I期臨床主要回答以下兩個問題：①藥物的不良反應是什麼；③藥物是如何被吸收代謝的。為回答以上問題，I期臨床至少需要完成以下關鍵研究：
另外，I期臨床也可以同步考察新葯的人體藥效學、食物影響、藥物間相互作用等。
2.4 怎麼做(How)
試驗順序：通常依次進行耐受性單劑量試驗、葯動學單劑量試驗、多劑量耐受性和葯動學試驗。對於採用患者進行的I期臨床試驗，人體耐受性試驗和葯動學試驗可同步進行。
設計原理：I期臨床試驗常採用開放、自身對照試驗。但當主要不良反應缺乏客觀指標或不宜判定不良反應與藥物關係時，常採用隨機盲法、安慰劑對照試驗。
受試者：多選用健康年輕的男性作為志願者。但類似細胞毒藥物等(如抗腫瘤藥物)應採用患者作為受試者。
樣本量：一般為20-80名受試者。
接下來主要介紹I期臨床試驗設計路徑。
3 I期臨床人體耐受性試驗設計
人體耐受性試驗是考察人體對藥物不同劑量的耐受程度，通過試驗發現出現不良反應性質和劑量。I期臨床的人體耐受性試驗一般先進行單劑量的探索，在此基礎上確定是否進行多劑量試驗。試驗可以是開放、基線對照，也可以採用隨機化和盲法提高觀察結果的準確性。I期臨床人體耐受性試驗總體設計理念：從起始劑量到最大劑量之間設若干組，各個試驗組的劑量由小到大逐組進行，直至找到最大耐受劑量(MTD)或到達設計的最大劑量。
3.1 起始劑量
起始劑量是指從動物實驗過渡到人體試驗時，首次應用於人體的藥物劑量。為確定Ⅰ期臨床試驗的安全起始劑量，需要充分了解臨床前動物的藥理學、毒理學及葯動學數據。確定起始劑量的方法主要有以下5種。
起始劑量的選擇應遵循兩大原則：①避免毒性反應；②能夠快速達到I期臨床人體耐受性試驗的評估目標。
3.2 最大劑量
最大設計劑量通常有以下三種方法①同一藥物、同類藥物或結構相似藥物單次最大劑量；②動物長期毒性試驗中引起中毒癥狀或臟器出現可逆性變化的劑量的1/10；③動物長期毒性試驗中最大耐受量的1/5～1/2。最大劑量範圍內應包括預期的有效劑量。
如試驗達到最大劑量受試者仍無不良反應時，試驗即可結束。劑量遞增到出現終止指標或其他較嚴重的不良反應時，雖未達到最大劑量，也應終止試驗。
3.3 劑量遞增設計(爬坡試驗)
在確定了起始劑量和最大劑量後，需要設計劑量遞增方案，以便開展劑量遞增的爬坡試驗。劑量遞增方案的確定要考慮起始劑量與藥效學有效劑量和毒性劑量之間的距離、毒代和葯代動力學特徵等因素。通常採用費氏遞增法(改良的Fibonacci法)設計劑量爬坡方案，即當初試劑量為n (g/m2)時，其後按順序遞增的劑量分別是2n、3.3n、5n、7n，此後則依次遞增前一劑量的1/3。其特點是開始遞增速度快，後期增速較慢，在確保受試者安全的情況下，以合理的速度和梯度迅速達到耐受性臨床試驗的終止目標。
另外劑量遞增設計還有固定比例遞增法，即劑量按照固定比例遞增，但臨床實際應用較少。
對於劑量遞增，也可根據具體藥物的自身特點，設計更具針對性的劑量遞增方案。劑量遞增的基本原則：初期遞增幅度可較大，後期遞增幅度應較小。遞增係數過小，會增加不必要的受試者例數；遞增係數過大，會增加受試者的危險性。安全性大或毒性小的藥物劑量遞增幅度可大，有的可成倍遞增；安全性小或毒性較大的藥物劑量遞增幅度應小。
3.4 最大耐受劑量(MTD)試驗設計
I期臨床人體耐受性試驗的目標是確定人體的最大耐受劑量。在給定起始劑量、最大劑量和遞增劑量的前提下，我們通過設計試驗方案來確定人體的最大耐受劑量。確定最大耐受劑量的方法一般有兩大類：基於規則的試驗設計(Rule-Based Designs)和基於模型的設計(Model-Based Design)。
A：基於規則的試驗設計(Rule-Based Designs)
關鍵點：未預先估計劑量-毒性曲線；劑量遞增基於當前劑量水平的毒性結果；包括傳統的3+3、加速滴定、PGDE試驗等。
B：基於模型的設計(Model-Based Design)
關鍵點：先於受試者入組前建立劑量-毒性曲線模型；試驗過程中，利用受試者毒理數據實時修正劑量-毒性曲線；要求良好的生物統計學支持建立和修正劑量-毒性曲線；基於模型設計包括：CRM、Modified CRM、EWOC、TITE-CRM、mTPI、Mixed-effect POM、Fractional dose-finding試驗設計等
4 I期臨床人體葯代動力學試驗設計
I期臨床人體葯代動力學試驗主要目的是評價藥物清除率、預測藥物或其代謝物在人體可能的積聚、潛在的藥物間相互作用等。I期臨床人體葯代動力學試驗一般在人體耐受性試驗之後進行。
4.1 試驗設計
I期臨床人體葯代動力學試驗設計一般為隨機交叉自身對照，以減少不同試驗周期和個體差異對試驗結果的影響。目前主要有兩種試驗設計：2劑量雙周期交叉試驗設計、3劑量3周期3×3拉丁方交叉試驗設計。以下以3×3拉丁方交叉試驗設計為例。
試驗基本要求：受試者：9名健康男性。分組：隨機分為三組，每組3人。劑量：低、中、高三劑量；高劑量必須接近或等於MTD，中劑量應與臨床擬單次劑量接近或相同，三個劑量之間應呈等比或等差關係，以便觀察不同劑量-血葯濃度是否呈線性關係。兩次試驗間隔周期：≥7個半衰期
試驗設計方案：
另外，葯代動力學試驗可考慮增加如下試驗：
預實驗：在正式進行葯代動力學試驗前，可考慮進行2-4人的預實驗，以便發現可能出現的問題，並為後期的試驗條件、劑量大小、觀察時間、取樣頻率等提供參考，以期準確反應藥物在人體內葯代動力學過程。
食物的影響：口服固體製劑的葯代動力學試驗需考察餐前、餐後葯動學的差異，尤其是食物對藥物吸收程度的影響。
5 多劑量人體耐受性和葯代動力學試驗
在單劑量人體耐受性和葯代動力學試驗後，需進行多次給葯的耐受性和葯代動力學試驗，以便考察新葯多次給葯的人體耐受性以及是否存在藥物蓄積作用等。試驗基本要求：受試者：一般選擇8-12名健康受試者。劑量：基於II期臨床試驗擬定劑量範圍選擇1-3個劑量。給葯周期：基於單劑量葯代動力學中半衰期。
6 思考
I期臨床試驗是新葯首次應用於人體，I期臨床的主要目的是考察健康受試者對新葯的耐受性和葯代動力學性質，為接下來應用於患者的II期臨床試驗提供治療劑量和可能出現的副反應提供參考。雖然I期臨床試驗在新葯整個臨床試驗周期中佔比較小，但所謂「欲事之無繁，則必勞於始而逸於終」，一個良好的I期臨床，能夠儘可能發現新葯的特性，為接下來的II、III期臨床試驗設計提供紮實的事實依據。
參考文獻：
1、0 期臨床試驗：新葯臨床研究的新模式2、Accelerated Titration Designs for Phase I Clinical3、Phase 1 Trial Design Is 3 + 3 the Best ？4、ICH E8.臨床研究的一般考慮5、關於Ⅰ期臨床試驗的研究綜述6、FDA: 人體首劑最大安全起始劑量的估算
7、抗腫瘤藥物貝葉斯Ⅰ期臨床試驗設計方法比較研究8、藥物臨床試驗研究1期9、創新藥物I期臨床試驗方案設計探討10、藥物臨床試驗方法學11、臨床試驗的設計與分析12、新葯I期臨床試驗劑量的探索與確定13、抗腫瘤藥物Ⅰ期臨床試驗中劑量探索的設計方法概述
新葯臨床試驗設計路徑：II期臨床試驗
1 序言
在I期臨床試驗明確了藥物人體耐受性、安全性、葯代動力學特點和推薦的PR2D (Recommended Phase II Dose)，即可以開始啟動II期臨床試驗。II期臨床試驗又稱為探索性臨床試驗，是新葯首次在患者身上進行、以探索有效性為目的臨床試驗。由於新葯臨床研究費用高昂、周期較長，作為承上啟下的II期臨床試驗設計至關重要。申辦者希望通過II期臨床試驗，能儘快發現很有前景的新葯而不至於過早終止研究，同時又希望能儘早終止無效新葯的進一步試驗。
2 II期臨床試驗全景圖
I期試驗側重於新葯安全性和葯代動力學，而II期試驗重點則轉移到藥效學上。II期臨床試驗主要目標是初步考察新葯能否在目標患者人群中建立藥效學相對比較一致、藥物的毒性可以接受的水平。
2.1 是什麼(Who)
II期臨床試驗主要用於評價新葯在目標患者上的初步有效性和安全性。
2.2 為什麼(Why)
II期臨床試驗目的與研究藥物有效性有關，其尋求回答的問題包括：①藥物在I期臨床確證的安全劑量範圍內對某一特定適應症的有效性如何？②患者短期的新葯不良反應和風險是什麼？
2.3 做什麼(What)
II期臨床試驗包括：①確定新葯作用於目標患者的最大和最小有效劑量範圍，為III期臨床試驗劑量提供參考；②新葯產生療效的血葯濃度與藥效學參數的關係，即葯代動力學和藥效學關係。根據目的不同，II期臨床有時又分為IIa期和IIb期。
2.4 怎麼做(How)
試驗順序：一般按照IIa期、IIb期序貫實施；
設計原理：II期作為探索性試驗，可以採用多種設計方法，如同期對照、自身對照、開放試驗、三臂試驗(陽性葯、安慰劑、試驗葯)、劑量-效應關係等的研究；
受試者：目標適應症患者
樣本量：幾十到數百人
判斷終點：客觀緩解率等
接下來以腫瘤新葯的II期臨床為例，介紹常見II期臨床試驗設計。
3 腫瘤新葯的II期臨床設計
Ⅱ期臨床試驗設計方法根據有無對照組設置，分為單臂試驗和隨機對照試驗。另外，還包括隨機撤葯試驗設計等。
3.1 單臂臨床試驗設計
單臂研究(Single Arm Study)：即單組臨床試驗，顧名思義，就是僅有一個組的研究，沒有為試驗組設計相對應的對照組；常用於新葯研發的Ⅱa期。腫瘤新葯II期臨床試驗中，往往要對多個瘤種、多種劑量或用法進行探討，目的是淘汰無效劑量、篩選敏感瘤種，以便進一步深入研究。單臂試驗又分為單臂單階段和單臂多階段，最簡單的試驗設計即為單臂單階段試驗，其在計劃的樣本數量的病人都接受治療後，根據治療效果最後得出試驗結論。單臂單階段試驗設計的缺陷是：如果在達到最後樣本量之前，發現治療無效，也不能終止試驗，造成資源浪費和倫理學困境。
單臂多階段試驗設計能夠避免單階段試驗設計的缺陷，其能在某試驗組療效未達到預期效果時，終止該試驗組的研究，避免更多的受試者接受無效治療。
上述單臂多階段試驗計算具體樣本量時，又分為最佳設計(optimal design)和極大極小設計(min-max design)。
單臂多階段設計一般用於探索性研究，其優點在於多階段設計有明確的早期終止研究的準則，當試驗葯的有效率較低時，可以在早期終止研究，避免更多的受試者接受無效的治療；多階段設計也可用來早期淘汰不良反應高的藥物。
3.2 隨機對照II期臨床設計
由於II期臨床試驗屬於探索性人體試驗，其樣本量少，故大多數II期臨床試驗設計為單臂、非隨機化，並且不設對照組，而是採用歷史數據對照，這增加了對新葯有效性判斷的不確定性。為了降低III期臨床試驗失敗的風險，作為前瞻哨所的II期臨床鼓勵採用隨機對照設計，並且保證樣本量具有一定統計學估算基礎。儘管II期隨機對照臨床設計沒有足夠的統計把握度對新葯和標準治療間做出決定性的評價，但這種設計可以為有前景的新葯優先進入III期試驗提供量化依據。II期隨機對照臨床試驗設計可應用於評價：多種劑量、多種給藥方案、試驗治療和標準治療對比的研究，為III期臨床試驗設計提供更加具有借鑒意義的數據。II期隨機對照臨床試驗設計一般流程如下圖所示。
II期隨機化對照臨床試驗主要目的是通過對所試驗藥物的有效率進行評估，從而選擇有效率最佳的劑量、給藥方案或候選藥物進入III期臨床試驗。II期隨機化臨床試驗所需的樣本量不足以對試驗葯提供明確的優效性、非劣效性或等效性進行推斷。
3.3 隨機撤葯設計
隨機撤葯研究是指通過接受一定時間受試藥物治療的對象出現疾病穩定性狀態後，被隨機分配繼續使用受試藥物治療或使用安慰劑(即停用活性藥物)治療；繼續接受藥物治療組和安慰劑組之間出現的任何差異都可以證明活性藥物的療效。隨機撤葯設計的優點是：病人經過安慰劑使用階段比較短，倫理學風險被大大降低。隨機撤藥方法適合於複發性疾病發作的藥物(例如抗抑鬱葯)，抑制癥狀或體征(慢性疼痛、高血壓、心絞痛)的藥物臨床對照試驗等。
4 思考
II期臨床試驗一般是新葯首次應用於目標患者，以觀察新葯的初步有效性、安全性數據。由於III期臨床試驗一般為大規模確證性試驗，其常常為多中心、大樣本、長周期的臨床試驗，是FDA評價、批准新葯最關鍵的證據，而作為先頭部隊的II期臨床試驗對III期具有重大意義。合理科學的II期臨床試驗設計，不僅能夠在早期辨析新葯進一步開發的價值，同時還能夠為III期臨床試驗推薦合理的臨床定位、擬用於治療適應症、適宜的納入疾病人群的選擇、主要療效指標、安全性指標、給藥劑量、給藥方法、療程等，可謂責任重大。遲發性毒性是II期臨床試驗中的問題之一，建議II期臨床試驗注意同時檢測反應和毒性變數。另外，孤兒葯或有重大突破性療法新葯在完成II期臨床試驗後，申辦者可向FDA申請上市，FDA在評估患者利益/風險比後，可「有條件批准」該類新葯基於臨床II期數據提前上市銷售；在新葯上市銷售期間，申報者仍需繼續進行臨床III期試驗，以便產品最終獲批。正所謂「秤砣雖小壓千斤」，II期臨床試驗在整個新葯臨床試驗中起到承上啟下的作用。
參考文獻：
1.臨床試驗的設計與分析2.藥物臨床試驗方法學3.腫瘤新葯Ⅱ期臨床試驗中的多階段設計4.抗腫瘤藥物Ⅱ期臨床研究設計考慮要點5.中藥新葯臨床研究一般原則6.抗腫瘤藥物的ii期臨床試驗--靶向治療時代的常規設計和新策略介紹
新葯臨床試驗設計路徑：III期臨床試驗
1 序言
III期臨床試驗是新葯臨床研究階段的關鍵性試驗，是新葯能否最終獲批上市的臨床基礎。III期臨床試驗又稱為確證性臨床試驗，其是為了進一步確證II期臨床試驗(探索性臨床試驗)所得到有關新葯有效性和安全性的數據，為新葯獲得上市許可提供足夠的證據。III期臨床研究一般是關於更廣泛人群、疾病的不同階段，或合併用藥的研究。另外，對於預計長期服用的藥物，III期臨床研究會進行藥物延時暴露的試驗。
2 III期臨床試驗全景
2.1 是什麼(Who)
III期臨床試驗屬於臨床試驗的治療作用確證階段，通過III期臨床試驗證明新葯對目標適應症患者是安全有效的，其受益/風險比是可以接受的，為藥物申報註冊提供充分的依據，同時還為藥品說明書和醫生處方提供充分的數據。
2.2 為什麼(Why)
II期臨床試驗受試者的樣本量較少，其獲得新葯關於有效性和安全性的數據不足以支持新葯獲得上市批准。而III期臨床試驗可以通過足夠多的受試樣本量，進一步確證II期臨床關於新葯的療效、長期安全性和受益/風險比，為新葯最終獲批上市提供確切的證據。
2.3 做什麼(What)
III期臨床主要用來回答一個問題：新葯的受益/風險比如何？為回答該問題，III期臨床試驗一般是具有足夠受試者樣本量的隨機盲法對照試驗。III期臨床試驗也可以進行量-效關係的研究，同時也可以根據藥物特點、目標患者的具體情況，進行藥物相互作用等的研究。III期臨床試驗結束時需提供有統計學意義的結論，包括：新葯目標適應症、所納入的疾病人群、主要療效指標、給葯途徑、用法用量及療程、足夠支持註冊申請的安全性信息，並針對有效性安全性數據進行全面的風險/效益的評估等。另外，根據不同適應症或聯合用藥，申辦者會將III期臨床進一步細分為IIIa和IIIb期，申報者完成IIIa臨床試驗後即可申請上市批准，這樣一般可以加快上市進度，提高市場收益；而通過IIIb臨床試驗可以進一步擴展新葯適應症，加大市場收入。
2.4 怎麼做(How)
試驗原理：一般通過新葯與現有標準治療的比較，III期臨床試驗分為優效性試驗和非劣效性試驗。試驗過程常採用隨機盲法、陽性對照試驗；無市售陽性藥物時，可選用安慰劑進行對照。
受試者：目標適應症患者；
樣本量：一般為數百至數千人；
接下來主要介紹常見的III期臨床試驗設計。
3 III期臨床試驗設計
Ⅲ期臨床試驗一般採用隨機、平行對照試驗設計，確證新葯在特定目標人群中的有效性和安全性。在具體臨床試驗設計方案中，試驗設計類型的選擇至關重要，因為這決定了樣本量的估計、研究過程及其質量控制。因此，研究者應根據試驗目的和試驗條件的不同，選擇不同試驗設計方案。
4 啟示
一個新葯經過首次數十人健康受試者的人體試驗(First In Human，FIH)，一直到5、6年後成千上百目標患者的III期臨床試驗，新葯歷盡磨難，可謂九死一生。整個過程歷經人體耐受性試驗、葯代動力學試驗、初步藥效學試驗、大規模確證性試驗；其中可能還包括特定人群的考察(老人、兒童、功能缺陷等)、藥物相互作用的考察等等。臨床試驗是新葯是否批准上市的決定性階段，任何一個環節出現問題，對於製藥公司，尤其是初創公司打擊是巨大甚至毀滅性的。同時，臨床研究費用又是昂貴的，約佔整個新葯研發總費用的三分之二，高達數億美金。正是由於臨床研究的重要性和成本高昂，2007年FDA發布了《Target Product Profile — A Strategic Development Process Tool》，即基於目標產品特徵(TPP)的產品開發策略。TPP是一種始於頭腦的概念，即首先是申辦者基於藥物前期研究，通過設定未來產品的標籤來定義新葯開發目標，制定旨在支持產品標籤(label)的具體臨床試驗；以TPP為主線和目標來全程、有效地指導和規劃創新葯臨床開發和研究，提高申辦者與管理當局在臨床開發的各階段(尤其是技術審評和會議)交流過程中效率，最終提升新葯臨床開發效率。
參考文獻：
1、New approaches to clinical trials: Adaptive designs2、美國抗腫瘤藥物III期臨床設計和評價介紹3、Target Product Profile — A Strategic Development Process Tool4、美國FDA 「目標產品特性(TPP)指導原則(草案)」介紹5、ICH E86、中藥新葯臨床研究一般原則7、藥物臨床試驗方法學8、臨床試驗的設計與分析9、臨床試驗-方法學探究10、藥物臨床試驗的一般考慮指導原則
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