FAPI Molecular Imaging for diagnose av CMS4 Ugunstig kolorektal kreft subtype (FoCus)

CRC er den tredje vanligste kreften på verdensbasis og står for ~14 000 nye diagnoser og ~5000 dødsfall i Nederland årlig (1,9 millioner og 935 tusen på globalt nivå). CRC er en heterogen sykdom når det gjelder prognose, terapirespons og den underliggende tumorbiologien. Storskala transkripsjonsprofilering av primære CRC-svulster har avslørt tilstedeværelsen av fire distinkte konsensusmolekylære subtyper (CMS), som for tiden er det mest robuste molekylære klassifiseringssystemet for CRC. Dette klassifiseringssystemet viser viktige assosiasjoner til kliniske variabler som primær tumorlokalisering, histopatologisk grad og prognose. CMS4 utgjør ~25 % av alle CRC-pasienter i tidlig stadium og er mer utbredt i avanserte sykdomsstadier (~40 % i stadium IV). Dessuten er CMS4-subtypen preget av en dårlig prognose (f. relaps-free survival hazard ratio (HR) på ~1,75 sammenlignet med de andre subtypene), spesielt i tidlig CRC, og kan ha mindre nytte av (ofte oksaliplatinbaserte) standard systemiske behandlingsregimer. Interessant nok ser det ut til at CMS4 CRC har mer nytte av irinotekanbaserte kjemoterapiregimer. Dette er relevant ettersom i metastaserende omgivelser ofte er førstevalgs førstelinjesystemisk behandlingsregime oksaliplatin og ikke et irinotekan-basert regime. I tillegg kan tumorceller få en CMS4-fenotype etter eksponering for (fluoropyrimidin-basert) kjemoterapi, noe som kan bidra til terapiresistens. Så langt er ingen effektive CMS4-målrettede terapier tilgjengelige for klinisk bruk, selv om dette er et aktivt forskningsområde. For eksempel ble det nylig vist ved primær tykktarmskreft at imatinib kan ha verdi som CMS-bytte (CMS4 til CMS2) medikament, preget av genuttrykksendringer assosiert med forbedret overlevelse. Dessuten undersøker MoTriColor-studien en TGF-β-reseptorhemmer (galunisertib) i kombinasjon med capecitabin hos pasienter med avansert kjemoterapiresistent CRC med en aktivert transformerende vekstfaktor beta (TGF-β) signatur, som vanligvis aktiveres i CMS4 CRC-subtypen (NCT04031872). Til slutt, som nevnt før, kan CRC-pasienter med høy CMS4-belastning ha mer nytte av et irinotekanbasert behandlingsregime sammenlignet med et oksaliplatinbasert behandlingsregime.

De genetiske signaturene som er oppregulert i CMS4-svulster er gener relatert til TGF-β-signalering, epitelial til mesenkymal overgang og stromal invasjon som CAF bidrar til. I det siste tiåret har effekten av tumorstroma på tumorbiologi blitt studert omfattende. Den mest fremtredende cellen i tumorstroma er CAF. En av celleoverflatemarkørene som skiller CAF fra normale fibroblaster er FAP.

FAP kommer til uttrykk under embryogenese og sårheling. På friskt voksent vev er det nesten ingen uttrykk for FAP. Imidlertid er FAP overuttrykt på CAF i tumorstroma til mange forskjellige solide svulster. Den muliggjør migrering av tumorceller gjennom ekstracellulær matrise-remodellering og har blitt beskrevet å være pro-angiogen og immunsuppressiv i tumormikromiljøet. Høyt FAP-uttrykk er assosiert med en dårligere total overlevelse i mange epitelkreftformer, inkludert CRC. Høyt FAP-uttrykk basert på IHC av primære CRC-tumorprøver er assosiert med dårlig overlevelse (HR: 1,72, 95 % KI: 1,58-9,48, p = 0,009).

I 2018 ble de første kliniske dataene for en ny radiotracer rettet mot FAP publisert. Denne radiotraceren, [68Ga]-FAPI, er basert på en kinolin småmolekylær FAP-hemmer: FAPI. I løpet av de siste fem årene ble FAPI-bildedata fra over 3000 kreftpasienter med mange forskjellige krefttyper publisert. Flere publikasjoner rapporterte også om FAP-målrettede radioligander brukt som siste utveisbehandling med Yttrium-90, Lutetium-177 ([177Lu]) eller Samarium-153, med noen pasienter som viste stabil sykdom i flere måneder. En første fase I-studie som undersøker [177Lu]-DOTA-FAPI rekrutterer for tiden (NCT04849247). Dessuten har en annen gruppe nylig utført flere første-i-menneske-studier med [177Lu]-radiomerkede FAP-hemmere, som ytterligere viser potensialet til teranostisk terapi ved bruk av FAPI-forbindelser.

Selv om data fortsatt er knappe, har tre studier relatert tumor-FAPI-opptak med FAP-uttrykk av IHC, og alle viste en signifikant positiv korrelasjon (r = 0,43-0,94). En studie sammenlignet denne korrelasjonen mellom vev oppnådd gjennom reseksjon eller biopsi og fant at korrelasjonen var sterkere etter reseksjon. Dette viser at prøvetakingsmetoden er viktig på grunn av det heterogene uttrykket av FAP i en svulst.

En lav bakgrunnsaktivitet og høyt tumoropptak av FAPI resulterer i eksepsjonelt tydelig tumoravgrensning, og tildeler [68Ga]-FAPI PET med Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Image of the Year i 2019. Til nå er [68Ga]-FAPI PET-data fra 68 pasienter med (metastatisk) CRC publisert. Opptaksverdiene var høye ved primær og metastatisk CRC, med svært lavt bakgrunnsopptak, inkludert i normal lever (se også pkt. 4.1b for mer informasjon). Videre er det stor variasjon i FAPI-opptak i CRC (f.eks. SUVmax standardavvik på 3,6 over CRC levermetastaser), noe som indikerer at variasjon av FAP-uttrykk kan visualiseres.

Utviklingen av CMS4-målrettede terapistrategier for denne ugunstige CRC-subtypen krever en robust og klinisk anvendelig diagnostisk test for omfattende kvantitativ vurdering av CMS4-status for alle lesjoner - primære og metastatiske - hos individuelle kreftpasienter. En 273-genklassifiser basert på RNA-sekvensering av tumorbiopsier er gjeldende referansestandard for å diagnostisere CMS4, men alternative tester er utviklet. Alle disse testene krever tumorprøver og tolkning er komplisert på grunn av intra- og interlesjonsheterogenitet av CMS-status. Ved å bruke en av disse testene fant vi for eksempel at 55 % av 20 studerte primære CRC-svulster viste både CMS4-positive og negative tumorregioner, og CMS4-status kan variere betydelig mellom primære og metastatiske tumorsteder i samme pasient. Videre viste vi at multi-region tumorbiopsier under koloskopi for å prospektivt selektere CMS4 CRC pasienter for å studere potensialet til imatinib som en CMS4-spesifikk behandling i en preoperativ proof-of-concept vindu studie bekreftet - igjen - omfattende intratumor CMS4 heterogenitet.

Utover denne romlige CMS4-heterogeniteten, kan CMS4 også vise tidsmessig heterogenitet under kjemoterapi, slik vi har vist i 129 primære CRC-er og sammenkoblede levermetastaser, der neoadjuvant kjemoterapi var en uavhengig risikofaktor for CMS4-subtypen. En observasjon som vi kunne bekrefte ved eksperimentelt arbeid på pasientavledede CRC-organoider: eksponering av slike organoider for seks korte sykluser av 5-fluorouracil in vitro induserte en mesenkymal-lignende (CMS4) gensignatur. Denne signaturen var relatert til dårlig prognose hos et stort sett med CRC-pasienter med offentlig tilgjengelige genuttrykksdata.

Omfattende vevsbiopsiprotokoller kan løse dette problemet med CMS-heterogenitet for å tillate nøyaktig CMS4-diagnose, men er utfordrende i rutinemessig klinisk praksis og tyngende for pasienter. Et lovende alternativ for en diagnostisk CMS4-test vil være å bruke en radiotracer som muliggjør kvantitativ vurdering av CMS4 in vivo ved hjelp av molekylær avbildning av hele kroppen. Denne avbildningsmodaliteten er spesielt egnet for å vurdere biomarkører med heterogent uttrykk: for diagnostiske formål, som en ledsagerdiagnostikk for (målrettede) terapier, eller som en del av en "teranostisk" strategi der pasientutvelgelse ved bruk av den diagnostiske radiotraceren følges av behandling med den samme. sporstoff merket til en terapeutisk forbindelse. FAP er et utmerket kandidat molekylært avbildningsmål for CMS4, da det er sterkt uttrykt på CAF-er som er rikelig tilstede i denne CRC-undertypen. Faktisk fant vi at FAP-genuttrykk målt i tumorbiopsier - som en enkelt markør - nøyaktig skiller CMS4 fra andre CRC-subtyper (AUROC: 0,91; 95% KI: 0,90-0,93). Videre viste reanalyse av publiserte data markert [68Ga]-FAPI-opptaksheterogenitet innenfor og mellom 15 CRC-pasienter og tumorsteder, noe som bekrefter den potensielle verdien av denne traceren for å diagnostisere CMS4 CRC.

I FoCus-studien tar vi neste steg ved å relatere in vivo vurdert FAP-proteinuttrykk ved [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT til CMS4-status. Vi har tidligere fått erfaring med [68Ga]-FAPI-46 bildebehandling ved å klinisk introdusere det i Nederland i april 2021 – som den første gruppen – i samarbeid med SOFIE iTheranostics (den globale lisensinnehaveren av FAPI-sporstoffer). Fram til september 2023 har vi avbildet 20 kreftpasienter med et diagnostisk dilemma, som skanningen bidro meningsfullt til. Ingen av pasientene opplevde noen bivirkninger, og - som forventet fra litteraturen - forholdet mellom tumor og bakgrunn var utmerket. Fluorid-18 ([18F]) bildebehandling er overlegen Gallium-68 ([68Ga]) med hensyn til bildekvalitet, kontrast, harmonisering og tilgjengelighet for rutinemessig bruk. Av disse grunnene vil vi gå videre for FoCus med [18F]-ALF-FAPI-74, produsert av Cyclotron Noordwest BV i samarbeid med SOFIE iTheranostics.

Vi vil studere sammenhengen mellom [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT og CMS4-status på tumorlesjonsnivå spesifikt hos pasienter som er kvalifisert for CRC-levermetastatektomi, da 1) CMS4 er mer utbredt i stadium IV sykdom og dermed forbedrer statistisk effektivitet sammenlignet med lavere CRC-stadier; 2) pasienter har ofte flere levermetastaser, og ved synkron sykdom også en primær svulst som vil bli fjernet kirurgisk, noe som ytterligere forbedrer den effektive prøvestørrelsen på lesjonsnivå og tillater også evaluering av heterogenitet innen pasienten. Denne pasientpopulasjonen er derfor ideell for et proof-of-concept. Imidlertid kan resultater angående den diagnostiske verdien av [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT for CMS4-status på lesjonsnivå oppnådd fra denne spesielle CRC-pasientundergruppen generalisere mot og derfor være klinisk relevant for andre CRC-sykdomsstadier og manifestasjoner.

Hvis FoCus viser at [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT faktisk er en robust diagnostisk test for å vurdere CMS4-belastning hos metastaserende CRC-pasienter, ser vi for oss den påfølgende bruken som integrert biomarkør for pasientutvelgelse - uten behov for omfattende vevsprøvetaking - i kliniske studier for å utvikle og evaluere CMS4 subtype-målrettede behandlingsstrategier for (metastatisk) CRC. Dette inkluderer teranostiske strategier der FAPI i seg selv fungerer som målrettingsdelen for terapeutiske forbindelser. Denne innsatsen kan til slutt føre til forbedrede personaliserte CMS4-behandlingsstrategier, pasientresultat og livskvalitet for CRC-pasienter.