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Multiple criteria decision analysis for biomarker prioritization: developing a socio-technical approach to assist researchers and clinicians in biomarker selection for validation and translation into clinical applications
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
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Authors
Abstract(s)
Although thousands of biomarkers have already been discovered, not many have been applied into
clinical practice, due to the high time and monetary resources necessary for their identification and
validation. Due to its complexity and heterogeneity, and consequent lack of specific biomarkers, Chronic
Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is ideal to apply the model developed in this thesis.
With the purpose of evaluating and selecting the most promising COPD prognostic biomarkers
among those found in literature, a multiple-criteria decision analysis (MCDA) model was developed,
with focus on the structuring phase. To meet this goal, a socio-technical approach based on the MACBETH
method was followed, including an assessment of areas of concern in the biomarker field, the
definition of criteria for biomarker selection and respective descriptors of performance and reference
levels (using literature, interviews and a Web-Delphi), testing for preference dependence and the design
of the resultant value tree.
Results show that experts believe that the clinical relevance, clinical added value, quality of studies
and test reliability are relevant dimensions, while the costs of development, the patient comfort, the
easiness to measure and analyse a biomarker and the easiness to interpret the results are secondary,
as one must be available to give up certain benefits if the biomarker significantly improves the patients’
health/well-being. Although ten evaluation dimensions were considered relevant by experts, some dependencies
were found, namely between the evaluation dimensions clinical relevance and clinical added
value, leading to the grouping and reformulation of the dependent dimensions, resulting in independent
evaluation criteria.
Overall, and despite some difficulties, the approach applied in this thesis worked well, resulting in
a good structure for the MCDA model, with seven well defined and relevant evaluation criteria for the
prioritization of COPD prognostic biomarkers. In the future, it would be interesting to complete the model,
including the building, testing and validation phases of the model.
Apesar de milhares de biomarcadores terem já sido descobertos, não há muitos que tenham sido aplicados a prática clínica, devido a elevada quantidade de tempo e recursos monetários necessária para a sua identificação e validação. Devido à sua complexidade e heterogeneidade, e consequente falta de biomarcadores específicos, a Doença Pulmonar Obstrutiva Cronica (DPOC) é um exemplo ideal para aplicar o modelo desenvolvido nesta tese. Com o propósito de avaliar e selecionar os biomarcadores de prognóstico de DPOC mais promissores de entre todos os encontrados na literatura, um modelo multicritério de apoio à decisão foi desenvolvido, com foco na estruturação do modelo. Para ir de encontro a este objetivo, uma abordagem socio-técnica baseada no método MACBETH foi seguida, incluindo o levantamento das áreas de preocupação no campo dos biomarcadores, a definição de critérios para a seleção ao de biomarcadores e respetivos descritores de performance e níveis de referencia (baseado em literatura, entrevistas e num Web-Delphi), teste de dependência de preferência e o desenho da ˆ arvore de valor resultante. ´ Os resultados mostram que os peritos acreditam que a relevância clínica, o valor clínico acrescentado, a qualidade dos estudos e a fiabilidade do teste são dimensões relevantes a ser consideradas ˜ aquando da seleção de um biomarcador, enquanto os custos de desenvolvimento, o conforto do paciente, a facilidade de medir e analisar um biomarcador e a facilidade de interpretar os resultados são secundários, uma vez que uma pessoa deve estar disponível para abdicar de certos benefícios se o biomarcador melhorar significativamente a saúde/bem-estar dos pacientes. Apesar de dez dimensões de avaliação terem sido consideradas relevantes pelos peritos, algumas dependências foram encontra- ˆ das, nomeadamente entre as dimensões de avaliação relevância clínica e valor clínico acrescentado, o que levou ao agrupamento e reformulação das dimensões dependentes, resultando em critérios de avaliação independentes. De um modo geral, e apesar de algumas dificuldades, a abordagem socio-técnica aplicada nesta tese funcionou bem, resultando numa boa estrutura para o modelo multicritério de apoio à decisão, com sete critérios de avaliação bem definidos e relevantes para a priorização de biomarcadores de prognostico de DPOC. No futuro, seria interessante completar o modelo, incluindo as fases de construção, teste e validação do modelo.
Apesar de milhares de biomarcadores terem já sido descobertos, não há muitos que tenham sido aplicados a prática clínica, devido a elevada quantidade de tempo e recursos monetários necessária para a sua identificação e validação. Devido à sua complexidade e heterogeneidade, e consequente falta de biomarcadores específicos, a Doença Pulmonar Obstrutiva Cronica (DPOC) é um exemplo ideal para aplicar o modelo desenvolvido nesta tese. Com o propósito de avaliar e selecionar os biomarcadores de prognóstico de DPOC mais promissores de entre todos os encontrados na literatura, um modelo multicritério de apoio à decisão foi desenvolvido, com foco na estruturação do modelo. Para ir de encontro a este objetivo, uma abordagem socio-técnica baseada no método MACBETH foi seguida, incluindo o levantamento das áreas de preocupação no campo dos biomarcadores, a definição de critérios para a seleção ao de biomarcadores e respetivos descritores de performance e níveis de referencia (baseado em literatura, entrevistas e num Web-Delphi), teste de dependência de preferência e o desenho da ˆ arvore de valor resultante. ´ Os resultados mostram que os peritos acreditam que a relevância clínica, o valor clínico acrescentado, a qualidade dos estudos e a fiabilidade do teste são dimensões relevantes a ser consideradas ˜ aquando da seleção de um biomarcador, enquanto os custos de desenvolvimento, o conforto do paciente, a facilidade de medir e analisar um biomarcador e a facilidade de interpretar os resultados são secundários, uma vez que uma pessoa deve estar disponível para abdicar de certos benefícios se o biomarcador melhorar significativamente a saúde/bem-estar dos pacientes. Apesar de dez dimensões de avaliação terem sido consideradas relevantes pelos peritos, algumas dependências foram encontra- ˆ das, nomeadamente entre as dimensões de avaliação relevância clínica e valor clínico acrescentado, o que levou ao agrupamento e reformulação das dimensões dependentes, resultando em critérios de avaliação independentes. De um modo geral, e apesar de algumas dificuldades, a abordagem socio-técnica aplicada nesta tese funcionou bem, resultando numa boa estrutura para o modelo multicritério de apoio à decisão, com sete critérios de avaliação bem definidos e relevantes para a priorização de biomarcadores de prognostico de DPOC. No futuro, seria interessante completar o modelo, incluindo as fases de construção, teste e validação do modelo.
Description
Dissertação de mestrado em Engenharia Biomédica, apresentada ao Instituto Superior Técnico, 2019
The work presented in this thesis was performed at Centro de Estudos de Gestão of Instituto Superior Técnico (Lisbon, Portugal), during the period February-October 2019, being supervised by Professor Mónica Duarte Correia de Oliveira and co-supervised by Doctor Deborah Penque.
The work presented in this thesis was performed at Centro de Estudos de Gestão of Instituto Superior Técnico (Lisbon, Portugal), during the period February-October 2019, being supervised by Professor Mónica Duarte Correia de Oliveira and co-supervised by Doctor Deborah Penque.
Keywords
Prioritization Biomarkers MCDA MACBETH Delphi COPD Preference Dependence Genómica Funcional Genómica Funcional e Estrutural