Harmonizing multiple clinical trials for Alzheimer's disease to investigate differential responses to treatment via federated counterfactual learning

协调阿尔茨海默病的多项临床试验,通过联合反事实学习研究对治疗的差异反应

基本信息

项目摘要

Drug development for treating Alzheimer's disease (AD) has been challenging and expensive. Drug failures are very likely due, in large part, to the differential responses of patients to different treatments. Some subsets of patients have treatment moderators and respond differently. Identifying such responsive subsets has been challenging due to limited sample size in one clinical trial or may be beyond the scope of the ad-hoc analyses in individual clinical trials, considering the complexity of AD. Another important subset of patients are rapid progressors, who have faster rates of cognitive decline in a defined period and may respond differently to treatments than other AD patients. Predicting the rapid progressors and their differential responses is very challenging. Machine learning prediction has been no better than random guesses due to volatility of cognitive scores and insufficiency of comprehensive and fine-grained longitudinal clinical data. Pooling patient-level data from multiple clinical trials data may address the above challenges by increasing sample size and obtaining a better coverage/representation of the patient population. However, many clinical trials data are stored in distributed data access servers, and data use agreements often prohibit exporting the patient- level data out of the local servers. We aim to address the challenges via advanced informatics tools using AI/ML models. We will develop privacy-preserving federated models to harmonize local counterfactual effect estimation models into a global model without exchanging patient- level data. Aim 1 focuses on developing a federated subgrouping model based on differential responses. Aim 2 focuses on developing a federated counterfactual regression model using deep learning to predict rapid progressors and their differential responses. Aim 3 focuses on verifying and refining the subgroups prediction using real-world observation in nation-wide consortium data. If successful, this project will contribute to identifying patient subgroups that respond differently, which will result in smaller, less expensive, and more targeted AD clinical trials that expose fewer patients to experimental medications to which they are unlikely to respond.
治疗阿尔茨海默病 (AD) 的药物开发一直充满挑战且昂贵。 药物失败很可能在很大程度上归因于患者对药物的不同反应 不同的治疗方法。一些患者亚群有治疗调节剂并有反应 不同。由于样本量有限,识别此类响应子集一直具有挑战性 在一项临床试验中或可能超出个别临床临时分析的范围 试验,考虑到 AD 的复杂性。另一个重要的患者亚群是快速 进步者,在规定的时间内认知能力下降速度更快,并且可能会做出反应 与其他 AD 患者的治疗方法不同。预测快速进展者及其进展情况 差异化反应非常具有挑战性。机器学习预测并不比 由于认知分数的波动性和综合性和综合性的不足而导致的随机猜测 细粒度的纵向临床数据。汇集来自多个临床试验数据的患者级数据 可以通过增加样本量并获得更好的结果来解决上述挑战 患者群体的覆盖范围/代表性。然而,许多临床试验数据被存储 在分布式数据访问服务器中,数据使用协议通常禁止导出患者数据 将数据从本地服务器中取出。我们的目标是通过先进的信息学应对挑战 使用 AI/ML 模型的工具。我们将开发保护隐私的联合模型来协调 将局部反事实效应估计模型转化为全局模型,而无需交换患者 水平数据。目标 1 侧重于开发基于差分的联合子组模型 回应。目标 2 侧重于使用以下方法开发联合反事实回归模型 深度学习来预测快速进展者及其差异反应。目标 3 重点关注 使用全国范围内的真实世界观察来验证和完善亚组预测 财团数据。如果成功,该项目将有助于确定患者亚组 反应不同,这将导致 AD 临床规模更小、更便宜、更有针对性 让更少的患者接触他们不太可能接触的实验药物的试验 回应。

项目成果

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