FAPI Moleculaire Beeldvorming voor de diagnose van het CMS4 ongunstige subtype van colorectale kanker (FoCus)

CRC is wereldwijd de derde meest voorkomende vorm van kanker en is verantwoordelijk voor ~14.000 nieuwe diagnoses en ~5.000 sterfgevallen in Nederland per jaar (1,9 miljoen en 935 duizend op mondiaal niveau). CRC is een heterogene ziekte in termen van prognose, therapierespons en de onderliggende tumorbiologie. Grootschalige transcriptionele profilering van primaire CRC-tumoren heeft de aanwezigheid van vier verschillende consensus moleculaire subtypes (CMS's) onthuld, wat momenteel het meest robuuste moleculaire classificatiesysteem voor CRC is. Dit classificatiesysteem vertoont belangrijke associaties met klinische variabelen zoals de locatie van de primaire tumor, histopathologische graad en prognose. CMS4 is verantwoordelijk voor ~25% van alle CRC-patiënten in een vroeg stadium en komt vaker voor in gevorderde ziektestadia (~40% in stadium IV). Bovendien wordt het CMS4-subtype gekenmerkt door een slechte prognose (bijv. recidiefvrije overlevingskansratio (HR) van ~1,75 vergeleken met de andere subtypes), vooral in het vroege CRC, en kan minder baat hebben bij (vaak op oxaliplatine gebaseerde) standaard systemische behandelingsregimes. Interessant genoeg lijkt CMS4 CRC meer baat te hebben bij chemotherapie op basis van irinotecan. Dit is relevant omdat in de gemetastaseerde setting vaak het eerstelijns systemische therapieregime oxaliplatine is en niet een op irinotecan gebaseerd regime. Bovendien kunnen tumorcellen een CMS4-fenotype verwerven na blootstelling aan (op fluoropyrimidine gebaseerde) chemotherapie, wat zou kunnen bijdragen aan therapieresistentie. Tot nu toe zijn er geen effectieve CMS4-gerichte therapieën beschikbaar voor klinisch gebruik, hoewel dit een actief onderzoeksgebied is. Bij primaire darmkanker is bijvoorbeeld onlangs aangetoond dat imatinib waarde kan hebben als CMS-switching (CMS4 naar CMS2) medicijn, gekenmerkt door veranderingen in de genexpressie geassocieerd met verbeterde overleving. Bovendien onderzoekt de MoTriColor-studie een TGF-β-receptorremmer (galunisertib) in combinatie met capecitabine bij patiënten met gevorderd chemotherapie-resistent CRC met een geactiveerde transformerende groeifactor bèta (TGF-β) signatuur, die doorgaans wordt geactiveerd in het CMS4 CRC-subtype. (NCT04031872). Ten slotte zouden, zoals eerder vermeld, CRC-patiënten met een hoge CMS4-belasting meer baat kunnen hebben bij een behandeling op basis van irinotecan dan bij een behandeling op basis van oxaliplatine.

De genetische kenmerken die in CMS4-tumoren worden opgereguleerd, zijn genen die verband houden met TGF-β-signalering, epitheliale naar mesenchymale transitie en stromale invasie waaraan CAF's bijdragen. In het afgelopen decennium is het effect van het tumor-stroma op de tumorbiologie uitgebreid bestudeerd. De meest prominente cel in tumor-stroma is het CAF. Een van de celoppervlakmarkers die CAF's onderscheiden van normale fibroblasten is FAP.

FAP komt tot expressie tijdens de embryogenese en wondgenezing. Op gezonde volwassen weefsels is er vrijwel geen expressie van FAP. FAP komt echter tot overexpressie op CAF's in het tumor-stroma van veel verschillende solide tumoren. Het maakt tumorcelmigratie mogelijk door middel van remodellering van de extracellulaire matrix en er is beschreven dat het pro-angiogenetisch en immunosuppressief is in de micro-omgeving van de tumor. Hoge FAP-expressie wordt geassocieerd met een slechtere algehele overleving bij veel epitheliale kankers, waaronder CRC. Hoge FAP-expressie op basis van IHC van primaire CRC-tumormonsters is geassocieerd met slechte overleving (HR: 1,72, 95% BI: 1,58-9,48, p = 0,009).

In 2018 werden de eerste klinische gegevens gepubliceerd van een nieuwe radiotracer gericht op FAP. Deze radiotracer, [68Ga]-FAPI, is gebaseerd op een chinoline-FAP-remmer met een klein molecuul: FAPI. In de afgelopen vijf jaar zijn FAPI-beeldvormingsgegevens van meer dan 3000 kankerpatiënten met veel verschillende soorten kanker gepubliceerd. Ook werd in meerdere publicaties gerapporteerd over op FAP gerichte radioliganden die als laatste redmiddel werden gebruikt met Yttrium-90, Lutetium-177 ([177Lu]) of Samarium-153, waarbij sommige patiënten gedurende meerdere maanden een stabiele ziekte vertoonden. Voor een eerste fase I-studie waarin [177Lu]-DOTA-FAPI wordt onderzocht, worden momenteel mensen gerecruteerd (NCT04849247). Bovendien heeft een andere groep onlangs verschillende onderzoeken uitgevoerd die voor het eerst bij mensen zijn uitgevoerd met [177Lu]-radioactief gemerkte FAP-remmers, wat het potentieel van theranostische therapie met behulp van FAPI-verbindingen verder aantoont.

Hoewel gegevens nog steeds schaars zijn, hebben drie onderzoeken betrekking op de FAPI-opname van tumoren met FAP-expressie door IHC, en ze vertoonden allemaal een significante positieve correlatie (r = 0,43-0,94). Eén onderzoek vergeleek deze correlatie tussen weefsels verkregen door resectie of biopsie en ontdekte dat de correlatie sterker was na resectie. Dit toont aan dat de bemonsteringsmethode belangrijk is vanwege de heterogene expressie van FAP in een tumor.

Een lage achtergrondactiviteit en hoge tumoropname van FAPI resulteren in een uitzonderlijk duidelijke afbakening van de tumor, waardoor [68Ga]-FAPI PET in 2019 werd bekroond met de Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Image of the Year. Tot nu toe zijn [68Ga]-FAPI PET-gegevens gepubliceerd van 68 patiënten met (gemetastaseerd) CRC. De opnamewaarden waren hoog bij primair en gemetastaseerd CRC, met een zeer lage achtergrondopname, ook in de normale lever (zie ook rubriek 4.1b voor meer informatie). Bovendien is er een grote variatie in de opname van FAPI bij CRC (bijv. SUVmax standaardafwijking van 3,6 voor CRC-levermetastasen), wat aangeeft dat variatie van FAP-expressie kan worden gevisualiseerd.

De ontwikkeling van op CMS4 gerichte therapiestrategieën voor dit ongunstige CRC-subtype vereist een robuuste en klinisch toepasbare diagnostische test voor een uitgebreide kwantitatieve beoordeling van de CMS4-status van alle laesies - primair en metastatisch - bij individuele kankerpatiënten. Een classificator met 273 genen, gebaseerd op RNA-sequencing van tumorbiopten, is de huidige referentiestandaard voor de diagnose van CMS4, maar er zijn alternatieve tests ontwikkeld. Voor al deze tests zijn tumormonsters nodig en de interpretatie is gecompliceerd vanwege de heterogeniteit van de CMS-status binnen en tussen laesies. Met behulp van een van deze tests ontdekten we bijvoorbeeld dat 55% van de 20 bestudeerde primaire CRC-tumoren zowel CMS4-positieve als negatieve tumorgebieden vertoonden, en dat de CMS4-status aanzienlijk kan verschillen tussen primaire en metastatische tumorplaatsen binnen dezelfde patiënt. Bovendien hebben we aangetoond dat multiregionale tumorbiopten tijdens colonoscopie om prospectief CMS4 CRC-patiënten te selecteren om het potentieel van imatinib als een CMS4-specifieke behandeling te bestuderen in een preoperatieve proof-of-concept-vensterstudie - opnieuw - uitgebreide intra-tumorale behandeling bevestigde. CMS4-heterogeniteit.

Naast deze ruimtelijke CMS4-heterogeniteit kan CMS4 ook temporele heterogeniteit vertonen tijdens chemotherapie, zoals we hebben aangetoond in 129 primaire CRC's en gepaarde levermetastasen, waarbij neoadjuvante chemotherapie een onafhankelijke risicofactor was voor het CMS4-subtype. Een observatie die we konden bevestigen door experimenteel werk aan van patiënten afkomstige CRC-organoïden: blootstelling van dergelijke organoïden aan zes korte cycli van 5-fluorouracil in vitro induceerde een mesenchymaalachtige (CMS4) gensignatuur. Deze signatuur hield verband met een slechte prognose bij een grote groep CRC-patiënten met openbaar beschikbare gegevens over genexpressie.

Uitgebreide weefselbiopsieprotocollen zouden dit probleem van CMS-heterogeniteit kunnen aanpakken om een ​​nauwkeurige CMS4-diagnose mogelijk te maken, maar zijn een uitdaging in de routinematige klinische praktijk en belastend voor patiënten. Een veelbelovend alternatief voor een CMS4-diagnostische test zou het gebruik van een radiotracer zijn die de kwantitatieve beoordeling van CMS4 in vivo mogelijk maakt door middel van moleculaire beeldvorming van het hele lichaam. Deze beeldvormingsmodaliteit is bijzonder geschikt om biomarkers met heterogene expressie te beoordelen: voor diagnostische doeleinden, als begeleidende diagnostiek voor (gerichte) therapieën, of als onderdeel van een 'theranostische' strategie waarbij patiëntenselectie met behulp van de diagnostische radiotracer wordt gevolgd door behandeling met dezelfde tracer gelabeld met een therapeutische verbinding. FAP is een uitstekend kandidaat-doelwit voor moleculaire beeldvorming voor CMS4, omdat het in hoge mate tot expressie komt op CAF's die overvloedig aanwezig zijn in dit CRC-subtype. We hebben inderdaad ontdekt dat FAP-genexpressie gemeten in tumorbiopten – als een enkele marker – CMS4 accuraat onderscheidt van andere CRC-subtypes (AUROC: 0,91; 95% BI: 0,90-0,93). Bovendien toonde heranalyse van gepubliceerde gegevens een duidelijke heterogeniteit in de opname van [68Ga]-FAPI aan binnen en tussen 15 CRC-patiënten en tumorlocaties, wat de potentiële waarde van deze tracer voor de diagnose van CMS4 CRC bevestigt.

In de FoCus-studie zetten we de volgende stap door de in vivo beoordeelde FAP-eiwitexpressie door [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT te relateren aan de CMS4-status. We hebben eerder ervaring opgedaan met [68Ga]-FAPI-46-beeldvorming door deze in april 2021 – als eerste groep – klinisch in Nederland te introduceren in samenwerking met SOFIE iTheranostics (de wereldwijde licentiehouder van FAPI-tracers). Tot september 2023 hebben we twintig kankerpatiënten met een diagnostisch dilemma in beeld gebracht, waar de scan in totaal een zinvolle bijdrage aan heeft geleverd. Geen van de patiënten ondervond enige nadelige effecten en – zoals verwacht uit de literatuur – waren de verhoudingen tussen tumor en achtergrond uitstekend. Fluoride-18 ([18F]) beeldvorming is superieur aan Gallium-68 ([68Ga]) wat betreft beeldkwaliteit, contrast, harmonisatie en toegankelijkheid voor routinematig gebruik. Om deze redenen gaan we voor FoCus verder met [18F]-ALF-FAPI-74, geproduceerd door Cyclotron Noordwest BV in samenwerking met SOFIE iTheranostics.

We zullen de relatie tussen [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT en de CMS4-status op tumorlaesieniveau bestuderen, specifiek bij patiënten die in aanmerking komen voor CRC-levermetastatectomie, aangezien 1) CMS4 vaker voorkomt bij stadium IV-ziekte, waardoor de statistische gegevens verbeteren efficiëntie vergeleken met lagere CRC-stadia; 2) patiënten hebben vaak meerdere levermetastasen, en bij synchrone ziekte ook een primaire tumor die operatief zal worden verwijderd, waardoor de effectieve steekproefomvang op laesieniveau verder wordt verbeterd en ook de evaluatie van de heterogeniteit binnen de patiënt mogelijk wordt. Deze patiëntenpopulatie leent zich dan ook uitstekend voor een proof-of-concept. Resultaten met betrekking tot de diagnostische waarde van [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT voor de CMS4-status op laesieniveau verkregen uit deze specifieke CRC-patiëntensubgroep kunnen echter generaliseren naar en daarom klinisch relevant zijn voor andere CRC-ziektestadia en -manifestaties.

Als FoCus aantoont dat [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT inderdaad een robuuste diagnostische test is om de CMS4-belasting bij gemetastaseerde CRC-patiënten te beoordelen, voorzien we de daaropvolgende toepassing ervan als integrale biomarker voor patiëntenselectie - zonder de noodzaak van uitgebreide weefselmonsters. - in klinische onderzoeken om CMS4-subtype-gerichte behandelstrategieën voor (gemetastaseerd) CRC te ontwikkelen en evalueren. Dit omvat theranostische strategieën waarbij FAPI zelf dient als de targetgroep voor therapeutische verbindingen. Deze inspanningen zouden uiteindelijk kunnen leiden tot verbeterde gepersonaliseerde CMS4-behandelingsstrategieën, patiëntresultaten en kwaliteit van leven van CRC-patiënten.