Circulerend tumor-DNA (ctDNA) als prognostisch hulpmiddel bij patiënten met gevorderd longadenocarcinoom

Hoewel EGFR- en ALK-TKI's een responspercentage van wel 70% kunnen bereiken, ontwikkelen alle patiënten die met TKI's worden behandeld steevast weerstand tegen de therapie. De mediane progressievrije overleving is 10-16 maanden. Het meest voorkomende mechanisme van verworven resistentie tegen TKI's is de therapie-geïnduceerde klonale selectie van een kleine subpopulatie van resistente kankercellen die aanwezig waren in de oorspronkelijke tumor. De opkomst van de EGFR-mutatie T790M komt voor bij ongeveer 50-70% van de patiënten met verworven resistentie tegen EGFR-TKI's. Andere EGFR-mutaties en mutaties in fosfatidylinositol-4,5-bisfosfaat 3-kinase katalytische subeenheid alfa (PIK3CA) en B-Raf Proto-Oncogen (BRAF) worden ook in verband gebracht met EGFR-TKI-resistentie, maar ze komen met lage frequenties voor. Resistentie tegen ALK-TKI is complexer en omvat verschillende resistente mutaties.

TKI-resistentie blijft een groot probleem bij de klinische behandeling van NSCLC. Patiënten met verworven resistentie kunnen worden behandeld met TKI's van de tweede generatie, hoewel er nog geen door de FDA zijn goedgekeurd, of met combinatietherapiestrategieën. Daarom is moleculaire karakterisering van de tumor tijdens het ziekteverloop nuttig om nieuwe geneesmiddelen af ​​te stemmen op het evoluerende genomische profiel van de tumor en om effectieve gepersonaliseerde therapieën te begeleiden. Seriële weefselbemonstering om de moleculaire handtekeningen van de tumor te controleren, is echter invasief, onpraktisch en geen routinematige klinische praktijk. Het verkrijgen van voldoende weefselmateriaal voor genotypering is ook een grote hindernis bij weefselbemonstering. Er is behoefte aan het ontwikkelen van een technologie die niet-invasieve seriële analyse van de genomische tumorprofielen mogelijk maakt.

Celvrij circulerend DNA is gefragmenteerd DNA dat in de bloedsomloop wordt aangetroffen en dat niet is geassocieerd met cellen of celfragmenten. Wanneer tumorcellen afsterven, geven ze tumor-DNA vrij in de bloedbaan. Het celvrij circulerend DNA dat is afgeleid van tumoren, bekend als circulerend tumor-DNA (ctDNA), bevat mutaties die aanwezig zijn in de tumor en kan daarom worden onderscheiden van celvrij circulerend DNA dat is afgeleid van normale cellen. Het is aangetoond dat de detectie van ctDNA en de concentratie ervan correleren met het tumorstadium en de overleving van kanker. Bovendien kan ctDNA in plasma worden gebruikt om genomische veranderingen in solide kankers te detecteren, en dat er een hoge overeenstemming is in gedetecteerde mutaties tussen gepaarde in formaline gefixeerde in paraffine ingebedde (FFPE) en plasma-DNA-monsters.

In een onderzoek naar verworven resistentie tegen EGFR-blokkade bij patiënten met colorectale kanker, werden herhaalde serummonsters verzameld met tussenpozen van 4 weken tot ziekteprogressie. Met behulp van wiskundige modellering had deze studie de volgende belangrijke bevindingen: er waren resistente mutaties aanwezig in een klonale subpopulatie binnen de tumoren voordat de behandeling werd gestart, het duurde een redelijk consistente periode (ongeveer 5-6 maanden) voordat de subkloon zich uitbreidde en de laesie opnieuw bevolken, en circulerende resistente mutaties konden enkele maanden vóór radiografisch bewijs van ziekteprogressie worden gedetecteerd. Deze baanbrekende studie toonde het potentieel aan van het gebruik van een ctDNA-test om genomische evolutie en selectie in tumoren op een niet-invasieve manier te volgen om geïndividualiseerde therapieën te vergemakkelijken en zo remissie te verlengen.

De onderzoekers hebben plasmadetectie van EGFR-mutaties aangetoond bij patiënten met longadenocarcinoom in een gevorderd stadium die EGFR-mutaties dragen, wat correleert met de prognose van proefpersonen op EGFR-TKI. Eén prospectieve studie had real-time polymerasekettingreactie (RT-PCR) gebruikt om EGFR-mutaties in ctDNA van patiënten met gevorderde NSCLC te detecteren. Van de patiënten die EGFR-mutatie + hadden bij baseline (vóór de behandeling), hadden degenen die de EGFR-mutatie verloren in cyclus 3 van de behandeling (chemotherapie +/- erlotinib) een betere progressievrije overleving; de mediane overleving was 7,2 vs. 12,0 maanden bij patiënten die EGFR-mutatie (+,+) en (+,-) hadden bij respectievelijk baseline en cyclus 3.

Andere studies hebben ook de haalbaarheid aangetoond van andere oncogene mutaties, met name de KRAS-mutatie.

Hoewel deze onderzoeken de haalbaarheid aantoonden van het detecteren van tumormutaties in ctDNA, waren ze beperkt tot het onderzoeken van een enkel gen (bijv. EGFR of KRAS).

Andere studies hadden sequencing van de volgende generatie toegepast bij patiënten met NSCLC. Het laboratorium van Max Diehn aan de Stanford University heeft een methode ontwikkeld om ctDNA te kwantificeren door diepe sequencing van >130 genen. Bij 17 patiënten met gepaarde plasma-DNA- en tumorweefselmonsters konden ze alle mutaties detecteren die eerder in weefsel waren geïdentificeerd, plus vele andere somatische varianten. Ze ontdekten ook dat de niveaus van ctDNA sterk gecorreleerd waren met het tumorvolume. Hun studie onderzocht meerdere genen, maar had geen prospectieve component om ctDNA-mutaties te volgen en specifieke mutaties te correleren met het behandelresultaat.

Het testen van ctDNA bij patiënten die chemotherapie krijgen is nog nooit gedaan. Genomische profilering kan mutaties identificeren die verband houden met resistentie tegen en respons op chemotherapie.

De onderzoekers stellen daarom een ​​longitudinaal onderzoek voor bij patiënten met gevorderde NSCLC die behandeld zijn met eerstelijns TKI of chemotherapie om seriële bloedmonsters prospectief te verzamelen en, met behulp van de volgende generatie sequencing van ctDNA, om de evolutionaire genomische profielen te onderzoeken. Deze studie heeft tot doel de bruikbaarheid van de ctDNA-test te evalueren bij het identificeren van genomische markers om behandelingsrespons en overleving te voorspellen bij patiënten met gevorderde NSCLC.

Deze voorgestelde studie zal de bruikbaarheid van ctDNA onderzoeken bij het identificeren van genomische markers voor NSCLC-prognose bij patiënten die worden behandeld met eerstelijns TKI of chemotherapie. Na de diagnose worden patiënten gevolgd met tussenpozen van 3 maanden. Bij elk studiebezoek worden plasmamonsters afgenomen en, indien klinisch geïndiceerd, ook weefselmonsters. Genomische profilering van tumoren zal worden uitgevoerd in het FFPE-weefselmonster en in ctDNA dat is geëxtraheerd uit de prospectief verzamelde plasmamonsters. De doelstellingen zijn:

1. Concordantie en discordantie bepalen van somatische mutaties gevonden in ctDNA en tumorweefsel-DNA.
2. Om mutaties in ctDNA te identificeren die verband houden met de prognose (behandelingsrespons en progressievrije overleving) bij patiënten die (a) EGFR-TKI-behandeling, (b) ALK-TKI-behandeling of (c) chemotherapie ondergaan.
3. Om het moleculaire tijdsverloop te volgen in termen van (a) variatie van de totale ctDNA-concentratie in de loop van de tijd, (b) wanneer de mutaties geassocieerd met resistentie/recidief voor het eerst detecteerbaar zijn in plasma, en (c) hoe de mutatiefracties van de resistentie-geassocieerde mutaties variëren in de tijd.
4. Informatie uit doel 2 en 3 combineren om voorspellingsmodellen te ontwikkelen voor prognose bij patiënten die (a) EGFR-TKI-behandeling, (b) ALK-TKI-behandeling of (c) chemotherapie krijgen.