FAPI Molecular Imaging til diagnosticering af CMS4 Ugunstig kolorektal cancer-subtype (FoCus)

CRC er den tredje mest almindelige kræftsygdom på verdensplan og tegner sig for ~14.000 nye diagnoser og ~5.000 dødsfald i Holland årligt (1,9 millioner og 935 tusind på globalt plan). CRC er en heterogen sygdom med hensyn til prognose, terapirespons og den underliggende tumorbiologi. Storskala transkriptionel profilering af primære CRC-tumorer har afsløret tilstedeværelsen af ​​fire distinkte konsensus molekylære subtyper (CMS'er), som i øjeblikket er det mest robuste molekylære klassifikationssystem for CRC. Dette klassifikationssystem viser vigtige sammenhænge med kliniske variabler såsom primær tumorplacering, histopatologisk grad og prognose. CMS4 tegner sig for ~25% af alle tidlige stadier af CRC-patienter og er mere udbredt i fremskredne sygdomsstadier (~40% i stadium IV). Desuden er CMS4-undertypen karakteriseret ved en dårlig prognose (f. recidiv-free survival hazard ratio (HR) på ~1,75 sammenlignet med de andre subtyper), især i tidlig CRC, og kan have mindre gavn af (ofte oxaliplatin-baserede) standard systemiske behandlingsregimer. Interessant nok ser CMS4 CRC ud til at drage mere fordel af irinotecan-baserede kemoterapiregimer. Dette er relevant, da det i metastaserende omgivelser ofte er førstevalgs førstevalgs systemiske behandlingsregimen oxaliplatin og ikke et irinotecan-baseret regime. Derudover kan tumorceller erhverve en CMS4-fænotype efter eksponering for (fluoropyrimidin-baseret) kemoterapi, hvilket kan bidrage til terapiresistens. Indtil videre er der ingen effektive CMS4-målrettede behandlinger tilgængelige til klinisk brug, selvom dette er et aktivt forskningsområde. For eksempel blev det for nylig vist i primær tyktarmskræft, at imatinib kan have værdi som CMS-skiftende (CMS4 til CMS2) lægemiddel, karakteriseret ved genekspressionsændringer forbundet med forbedret overlevelse. Desuden undersøger MoTriColor-studiet en TGF-β-receptorhæmmer (galunisertib) i kombination med capecitabin hos patienter med avanceret kemoterapi-resistent CRC med en aktiveret transformerende vækstfaktor beta (TGF-β) signatur, som typisk aktiveres i CMS4 CRC-subtypen (NCT04031872). Endelig, som før nævnt, kunne CRC-patienter med en høj CMS4-belastning have mere gavn af et irinotecan-baseret behandlingsregime sammenlignet med et oxaliplatin-baseret behandlingsregime.

De genetiske signaturer opreguleret i CMS4-tumorer er gener relateret til TGF-β-signalering, epitel- til mesenkymal overgang og stromal invasion, som CAF'er bidrager til. I det sidste årti er effekten af ​​tumorstroma på tumorbiologi blevet undersøgt indgående. Den mest fremtrædende celle i tumorstroma er CAF. En af celleoverflademarkørerne, der adskiller CAF'er fra normale fibroblaster, er FAP.

FAP udtrykkes under embryogenese og sårheling. På raske voksne væv er der næsten ingen ekspression af FAP. FAP er imidlertid overudtrykt på CAF'er i tumorstroma af mange forskellige solide tumorer. Det muliggør migration af tumorceller gennem ekstracellulær matrix-ombygning og er blevet beskrevet som pro-angiogen og immunsuppressiv i tumormikromiljøet. Højt FAP-ekspression er forbundet med en dårligere samlet overlevelse i mange epitelkræftformer, herunder CRC. Høj FAP-ekspression baseret på IHC af primære CRC-tumorprøver er forbundet med dårlig overlevelse (HR: 1,72, 95 % CI: 1,58-9,48, p = 0,009).

I 2018 blev de første kliniske data fra en ny radiotracer rettet mod FAP offentliggjort. Denne radiotracer, [68Ga]-FAPI, er baseret på en quinolin lille molekyle FAP-hæmmer: FAPI. I de sidste fem år er FAPI-billeddannelsesdata fra over 3000 kræftpatienter med mange forskellige kræfttyper blevet offentliggjort. Også flere publikationer rapporterede om FAP-målrettede radioligander brugt som sidste udvejsbehandling med Yttrium-90, Lutetium-177 ([177Lu]) eller Samarium-153, hvor nogle patienter viste stabil sygdom i flere måneder. Et første fase I-forsøg, der undersøger [177Lu]-DOTA-FAPI, rekrutterer i øjeblikket (NCT04849247). Desuden har en anden gruppe for nylig udført adskillige first-in-human undersøgelser med [177Lu]-radioaktivt mærkede FAP-hæmmere, hvilket yderligere viser potentialet ved teranostisk terapi ved hjælp af FAPI-forbindelser.

Selvom data stadig er knappe, har tre studier relateret tumor FAPI-optagelse med FAP-ekspression af IHC, og alle viste en signifikant positiv korrelation (r = 0,43-0,94). En undersøgelse sammenlignede denne sammenhæng mellem væv opnået gennem resektion eller biopsi og fandt, at korrelationen var stærkere efter resektion. Dette viser, at prøvetagningsmetoden er vigtig på grund af den heterogene ekspression af FAP i en tumor.

En lav baggrundsaktivitet og høj tumoroptagelse af FAPI resulterer i usædvanligt tydelig tumorafgrænsning, hvilket giver [68Ga]-FAPI PET med Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Image of the Year i 2019. Indtil nu er [68Ga]-FAPI PET-data fra 68 patienter med (metastatisk) CRC offentliggjort. Optagelsesværdier var høje i primær og metastatisk CRC, med meget lav baggrundsoptagelse, inklusive i den normale lever (se også pkt. 4.1b for mere information). Desuden er der stor variation i FAPI-optagelse i CRC (f.eks. SUVmax-standardafvigelse på 3,6 på tværs af CRC-levermetastaser), hvilket indikerer, at variation af FAP-ekspression kan visualiseres.

Udviklingen af ​​CMS4-målrettede terapistrategier for denne ugunstige CRC-subtype kræver en robust og klinisk anvendelig diagnostisk test til omfattende kvantitativ vurdering af CMS4-status for alle læsioner - primære og metastatiske - hos individuelle cancerpatienter. En 273-gen klassifikator baseret på RNA-sekventering af tumorbiopsier er den nuværende referencestandard til at diagnosticere CMS4, men alternative tests er blevet udviklet. Alle disse tests kræver tumorprøver, og fortolkningen er kompliceret på grund af intra- og interlæsions heterogenitet af CMS-status. Ved at bruge en af ​​disse tests fandt vi for eksempel, at 55% af 20 undersøgte primære CRC-tumorer viste både CMS4-positive og negative tumorregioner, og CMS4-status kan variere væsentligt mellem primære og metastatiske tumorsteder i den samme patient. Desuden viste vi, at multi-region tumorbiopsier under koloskopi for prospektivt at udvælge CMS4 CRC patienter for at studere potentialet af imatinib som en CMS4-specifik behandling i et præoperativt proof-of-concept vinduesstudie bekræftede - igen - omfattende intratumor CMS4 heterogenitet.

Ud over denne rumlige CMS4-heterogenitet kan CMS4 også vise tidsmæssig heterogenitet under kemoterapi, som vi har vist i 129 primære CRC'er og parrede levermetastaser, hvor neoadjuverende kemoterapi var en uafhængig risikofaktor for CMS4-subtypen. En observation, som vi kunne bekræfte ved eksperimentelt arbejde på patient-afledte CRC-organoider: eksponering af sådanne organoider for seks korte cyklusser af 5-fluorouracil in vitro inducerede en mesenkymal-lignende (CMS4) gen-signatur. Denne signatur var relateret til dårlig prognose hos et stort sæt CRC-patienter med offentligt tilgængelige gen-ekspressionsdata.

Omfattende vævsbiopsiprotokoller kunne løse dette problem med CMS-heterogenitet for at muliggøre nøjagtig CMS4-diagnose, men er udfordrende i rutinemæssig klinisk praksis og byrdefulde for patienter. Et lovende alternativ til en CMS4 diagnostisk test ville være at bruge en radiotracer, der muliggør kvantitativ vurdering af CMS4 in vivo ved molekylær billeddannelse af hele kroppen. Denne billeddannelsesmodalitet er særligt velegnet til at vurdere biomarkører med heterogent udtryk: til diagnostiske formål, som ledsagende diagnostik til (målrettede) terapier eller som en del af en 'teranostisk' strategi, hvor patientudvælgelse ved hjælp af den diagnostiske radiotracer efterfølges af behandling med den samme. sporstof mærket til en terapeutisk forbindelse. FAP er et fremragende kandidat molekylær billeddannelsesmål for CMS4, da det er stærkt udtrykt på CAF'er, der er rigeligt til stede i denne CRC-undertype. Faktisk fandt vi, at FAP-genekspression målt i tumorbiopsier - som en enkelt markør - præcist skelner CMS4 fra andre CRC-undertyper (AUROC: 0,91; 95% CI: 0,90-0,93). Endvidere viste reanalyse af publicerede data markant [68Ga]-FAPI-optagelsesheterogenitet inden for og mellem 15 CRC-patienter og tumorsteder, hvilket bekræfter den potentielle værdi af dette sporstof til at diagnosticere CMS4 CRC.

I FoCus-studiet tager vi det næste skridt ved at relatere in vivo vurderet FAP-proteinekspression ved [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT til CMS4-status. Vi har tidligere fået erfaring med [68Ga]-FAPI-46 billedbehandling ved klinisk at introducere det i Holland i april 2021 - som den første gruppe - i samarbejde med SOFIE iTheranostics (den globale licensindehaver af FAPI-sporstoffer). Frem til september 2023 har vi afbildet 20 kræftpatienter med et diagnostisk dilemma, hvortil scanningen i alt bidrog meningsfuldt. Ingen af ​​patienterne oplevede nogen bivirkninger, og - som forventet fra litteraturen - var tumor-til-baggrund-forholdet fremragende. Fluorid-18 ([18F])-billeddannelse er overlegen i forhold til Gallium-68 ([68Ga]) med hensyn til billedkvalitet, kontrast, harmonisering og tilgængelighed til rutinemæssig brug. Af disse grunde vil vi gå videre for FoCus med [18F]-ALF-FAPI-74, produceret af Cyclotron Noordwest BV i samarbejde med SOFIE iTheranostics.

Vi vil studere forholdet mellem [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT og tumorlæsionsniveau CMS4-status specifikt hos patienter, der er kvalificerede til CRC-levermetastatektomi, da 1) CMS4 er mere udbredt i stadium IV-sygdom og derved forbedrer den statistiske effektivitet sammenlignet med lavere CRC-stadier; 2) patienter har ofte flere levermetastaser, og hvis synkron sygdom også en primær tumor, der vil blive fjernet kirurgisk, hvilket yderligere forbedrer den effektive prøvestørrelse på læsionsniveau og muliggør også evalueringen af ​​heterogenitet inden for patienten. Denne patientpopulation er derfor ideel til et proof-of-concept. Imidlertid kan resultater vedrørende den diagnostiske værdi af [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT for læsionsniveau CMS4-status opnået fra denne særlige CRC-patientundergruppe generalisere til og derfor være klinisk relevant for andre CRC-sygdomsstadier og manifestationer.

Hvis FoCus viser, at [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT faktisk er en robust diagnostisk test til at vurdere CMS4-belastning hos metastaserende CRC-patienter, forestiller vi os dens efterfølgende anvendelse som en integreret biomarkør for patientudvælgelse - uden behov for omfattende vævsprøver - i kliniske undersøgelser for at udvikle og evaluere CMS4 subtype-målrettede behandlingsstrategier for (metastatisk) CRC. Dette inkluderer theranostiske strategier, hvor FAPI selv tjener som målretningsdelen for terapeutiske forbindelser. Disse bestræbelser kan i sidste ende føre til forbedrede personaliserede CMS4-behandlingsstrategier, patientresultat og livskvalitet for CRC-patienter.