Obrazowanie molekularne FAPI w diagnostyce niekorzystnego podtypu raka jelita grubego CMS4 (FoCus)

CRC jest trzecim najczęstszym nowotworem na świecie i jest przyczyną ~14 000 nowych diagnoz i ~5000 zgonów rocznie w Holandii (1,9 miliona i 935 tysięcy na poziomie globalnym). CRC jest chorobą niejednorodną pod względem rokowania, odpowiedzi na leczenie i biologii nowotworu. Profilowanie transkrypcyjne na dużą skalę pierwotnych nowotworów CRC ujawniło obecność czterech odrębnych zgodnych podtypów molekularnych (CMS), co jest obecnie najsolidniejszym systemem klasyfikacji molekularnej CRC. Ten system klasyfikacji wykazuje ważne powiązania ze zmiennymi klinicznymi, takimi jak lokalizacja guza pierwotnego, stopień histopatologiczny i rokowanie. CMS4 stanowi ~25% wszystkich pacjentów z CRC we wczesnym stadium i występuje częściej w zaawansowanych stadiach choroby (~40% w stadium IV). Ponadto podtyp CMS4 charakteryzuje się złym rokowaniem (np. współczynnik ryzyka przeżycia bez nawrotów (HR) wynoszący ~1,75 w porównaniu z innymi podtypami), szczególnie we wczesnym CRC, i może odnieść mniejsze korzyści ze stosowania standardowych schematów leczenia ogólnoustrojowego (często opartych na oksaliplatynie). Co ciekawe, wydaje się, że CMS4 CRC przynosi większe korzyści ze schematów chemioterapii opartych na irynotekanie. Jest to istotne, ponieważ w przypadku pacjentów z przerzutami często pierwszym wyborem w leczeniu ogólnoustrojowym pierwszego rzutu jest oksaliplatyna, a nie irynotekan. Ponadto komórki nowotworowe mogą nabrać fenotypu CMS4 po ekspozycji na chemioterapię (opartą na fluoropirymidynie), co może przyczyniać się do oporności na terapię. Jak dotąd nie są dostępne żadne skuteczne terapie ukierunkowane na CMS4 do zastosowania klinicznego, chociaż jest to aktywny obszar badań. Na przykład niedawno wykazano, że w przypadku pierwotnego raka okrężnicy imatynib może mieć wartość jako lek zmieniający CMS (CMS4 na CMS2), charakteryzujący się zmianami w ekspresji genów związanymi z poprawą przeżycia. Ponadto w badaniu MoTriColor badany jest inhibitor receptora TGF-β (galunisertib) w skojarzeniu z kapecytabiną u pacjentów z zaawansowanym CRC opornym na chemioterapię z sygnaturą aktywowanego transformującego czynnika wzrostu beta (TGF-β), który jest zwykle aktywowany w podtypie CRC CMS4 (NCT04031872). Wreszcie, jak wspomniano wcześniej, pacjenci z CRC z wysokim obciążeniem CMS4 mogliby odnieść większe korzyści ze schematu leczenia opartego na irynotekanie w porównaniu z leczeniem opartym na oksaliplatynie.

Sygnatury genetyczne zwiększone w nowotworach CMS4 to geny związane z sygnalizacją TGF-β, przejściem nabłonkowym do mezenchymalnego i inwazją zrębu, do której przyczyniają się CAF. W ostatniej dekadzie szeroko badano wpływ zrębu nowotworu na biologię nowotworu. Najbardziej widoczną komórką zrębu nowotworu jest CAF. Jednym z markerów powierzchniowych komórek, które odróżniają CAF od normalnych fibroblastów, jest FAP.

FAP ulega ekspresji podczas embriogenezy i gojenia się ran. W zdrowych tkankach dorosłych ekspresja FAP prawie nie występuje. Jednakże FAP ulega nadekspresji na CAF w zrębie wielu różnych guzów litych. Umożliwia migrację komórek nowotworowych poprzez przebudowę macierzy zewnątrzkomórkowej i opisano, że ma działanie proangiogenne i immunosupresyjne w mikrośrodowisku nowotworu. Wysoka ekspresja FAP wiąże się z gorszym przeżyciem całkowitym w przypadku wielu nowotworów nabłonkowych, w tym CRC. Wysoka ekspresja FAP na podstawie IHC próbek pierwotnego guza CRC wiąże się ze słabym przeżyciem (HR: 1,72, 95% CI: 1,58-9,48, p = 0,009).

W 2018 roku opublikowano pierwsze dane kliniczne dotyczące nowego radioznacznika ukierunkowanego na FAP. Ten radioznacznik, [68Ga]-FAPI, opiera się na chinolinowym drobnocząsteczkowym inhibitorze FAP: FAPI. W ciągu ostatnich pięciu lat opublikowano dane obrazowe FAPI dotyczące ponad 3000 pacjentów chorych na nowotwory z wieloma różnymi typami nowotworów. Ponadto w wielu publikacjach donoszono o radioligandach ukierunkowanych na FAP stosowanych jako terapia ostatniej szansy za pomocą itru-90, lutetu-177 ([177Lu]) lub samaru-153, przy czym u niektórych pacjentów choroba utrzymywała się na stabilnym poziomie przez kilka miesięcy. Obecnie trwa rekrutacja do pierwszej fazy badania I fazy, badającego [177Lu]-DOTA-FAPI (NCT04849247). Co więcej, inna grupa przeprowadziła niedawno kilka pierwszych badań na ludziach z inhibitorami FAP znakowanymi radioaktywnie [177Lu], co dodatkowo wykazało potencjał terapii teranostycznej przy użyciu związków FAPI.

Chociaż danych jest wciąż niewiele, trzy badania powiązały wychwyt FAPI przez guz z ekspresją FAP w IHC i wszystkie wykazały istotną dodatnią korelację (r = 0,43-0,94). W jednym badaniu porównano tę korelację między tkankami uzyskanymi w wyniku resekcji lub biopsji i stwierdzono, że korelacja jest silniejsza po resekcji. Pokazuje to, że metoda pobierania próbek jest ważna ze względu na niejednorodną ekspresję FAP w nowotworze.

Niska aktywność tła i wysoki wychwyt FAPI przez nowotwór skutkuje wyjątkowo wyraźnym zarysem guza, przyznając [68Ga]-FAPI PET nagrodę Towarzystwa Medycyny Nuklearnej i Obraz Roku Molekularnego w roku 2019. Do chwili obecnej opublikowano dane PET [68Ga]-FAPI dotyczące 68 pacjentów z (przerzutowym) CRC. Wartości wychwytu były wysokie w pierwotnym i przerzutowym CRC, przy bardzo niskim wychwycie tła, w tym w prawidłowej wątrobie (więcej informacji, patrz także punkt 4.1b). Ponadto istnieje duże zróżnicowanie w zakresie wykorzystania FAPI w CRC (np. odchylenie standardowe SUVmax wynoszące 3,6 dla przerzutów CRC do wątroby), co wskazuje, że można uwidocznić zmienność ekspresji FAP.

Opracowanie strategii terapii ukierunkowanej na CMS4 dla tego niekorzystnego podtypu CRC wymaga solidnego i mającego zastosowanie kliniczne testu diagnostycznego umożliwiającego wszechstronną ilościową ocenę statusu CMS4 wszystkich zmian – pierwotnych i przerzutowych – u poszczególnych pacjentów z nowotworem. Klasyfikator składający się z 273 genów, oparty na sekwencjonowaniu RNA biopsji guza, jest obecnym standardem referencyjnym w diagnostyce CMS4, ale opracowano alternatywne testy. Wszystkie te badania wymagają próbek nowotworu, a ich interpretacja jest skomplikowana ze względu na heterogeniczność statusu CMS wewnątrz i między zmianami. Na przykład, stosując jeden z tych testów, odkryliśmy, że 55% z 20 badanych pierwotnych guzów CRC wykazało obszary guza zarówno dodatnie, jak i ujemne pod względem CMS4, a status CMS4 może znacznie różnić się pomiędzy lokalizacjami guza pierwotnego i przerzutowego u tego samego pacjenta. Co więcej, wykazaliśmy, że wieloregionowe biopsje guza podczas kolonoskopii w celu prospektywnej selekcji pacjentów z CRC z CMS4 do badania potencjału imatinibu jako leku specyficznego dla CMS4 w przedoperacyjnym badaniu okienkowym potwierdzającym koncepcję potwierdziły – ponownie – rozległe zmiany wewnątrz guza Heterogeniczność CMS4.

Poza tą przestrzenną heterogenicznością CMS4, CMS4 może również wykazywać niejednorodność czasową podczas chemioterapii, jak wykazaliśmy w 129 pierwotnych CRC i parach przerzutów do wątroby, gdzie chemioterapia neoadjuwantowa była niezależnym czynnikiem ryzyka dla podtypu CMS4. Obserwacja, którą mogliśmy potwierdzić w pracach eksperymentalnych na organoidach CRC pochodzących od pacjentów: ekspozycja takich organoidów na sześć krótkich cykli 5-fluorouracylu in vitro indukowała sygnaturę genu podobną do mezenchymalnej (CMS4). Sygnatura ta była związana ze złym rokowaniem u dużej grupy pacjentów z CRC, dla których dostępne były publicznie dane dotyczące ekspresji genów.

Rozbudowane protokoły biopsji tkanek mogłyby rozwiązać ten problem heterogeniczności CMS, umożliwiając dokładną diagnozę CMS4, ale stanowią wyzwanie w rutynowej praktyce klinicznej i uciążliwe dla pacjentów. Obiecującą alternatywą dla testu diagnostycznego CMS4 byłoby zastosowanie radioznacznika umożliwiającego ilościową ocenę CMS4 in vivo za pomocą obrazowania molekularnego całego ciała. Ta metoda obrazowania szczególnie nadaje się do oceny biomarkerów o heterogenicznej ekspresji: do celów diagnostycznych, jako pomoc diagnostyczna w terapiach (ukierunkowanych) lub jako część strategii „teranostycznej”, w której po selekcji pacjentów za pomocą diagnostycznego radioznacznika następuje leczenie tym samym znacznik znakowany jako związek terapeutyczny. FAP jest doskonałym kandydatem na cel obrazowania molekularnego dla CMS4, ponieważ ulega silnej ekspresji na CAF, które są obficie obecne w tym podtypie CRC. Rzeczywiście odkryliśmy, że ekspresja genu FAP mierzona w biopsjach guza – jako pojedynczy marker – dokładnie odróżnia CMS4 od innych podtypów CRC (AUROC: 0,91; 95% CI: 0,90-0,93). Co więcej, ponowna analiza opublikowanych danych wykazała wyraźną niejednorodność wychwytu [68Ga]-FAPI w obrębie i pomiędzy 15 pacjentami z CRC a lokalizacjami nowotworu, potwierdzając potencjalną wartość tego znacznika w diagnozowaniu CRC CMS4.

W badaniu FoCus wykonujemy kolejny krok, porównując ekspresję białka FAP ocenianą in vivo za pomocą [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT ze statusem CMS4. Doświadczenie z obrazowaniem [68Ga]-FAPI-46 zdobyliśmy już wcześniej, wprowadzając je klinicznie w Holandii w kwietniu 2021 roku – jako pierwsza grupa – we współpracy z SOFIE iTheranostics (globalnym posiadaczem licencji na znaczniki FAPI). Do września 2023 r. wykonaliśmy zdjęcia 20 pacjentów chorych na raka, którzy stanęli przed dylematem diagnostycznym, do rozwiązania którego badanie w sumie miało znaczący wpływ. U żadnego z pacjentów nie wystąpiły żadne działania niepożądane i – zgodnie z oczekiwaniami z literatury – stosunek guza do tła był doskonały. Obrazowanie fluorkiem-18 ([18F]) jest lepsze od obrazowania galu-68 ([68Ga]) pod względem jakości obrazu, kontrastu, harmonizacji i dostępności do rutynowego użytku. Z tych powodów będziemy kontynuować prace nad FoCus z [18F]-ALF-FAPI-74, wyprodukowanym przez Cyclotron Noordwest BV we współpracy z SOFIE iTheranostics.

Będziemy badać związek między [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT a statusem CMS4 na poziomie zmiany nowotworowej, szczególnie u pacjentów kwalifikujących się do przerzutów do wątroby CRC, ponieważ 1) CMS4 występuje częściej w chorobie w IV stadium, co poprawia statystyki wydajność w porównaniu do niższych stopni CRC; 2) u pacjentów często występują liczne przerzuty do wątroby, a w przypadku choroby synchronicznej także guz pierwotny, który zostanie usunięty chirurgicznie, co jeszcze bardziej poprawi efektywną wielkość próbki na poziomie zmiany chorobowej, a także umożliwi ocenę heterogeniczności wewnątrz pacjenta. Ta populacja pacjentów idealnie nadaje się zatem do sprawdzenia koncepcji. Jednakże wyniki dotyczące wartości diagnostycznej [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT dla statusu CMS4 na poziomie zmiany chorobowej, uzyskane od tej konkretnej podgrupy pacjentów z CRC, mogą uogólniać i w związku z tym być klinicznie istotne dla innych stadiów i objawów choroby CRC.

Jeśli FoCus wykaże, że [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT jest rzeczywiście solidnym testem diagnostycznym do oceny obciążenia CMS4 u pacjentów z CRC z przerzutami, przewidujemy jego późniejsze zastosowanie jako integralnego biomarkera przy selekcji pacjentów – bez konieczności obszernego pobierania próbek tkanek - w badaniach klinicznych w celu opracowania i oceny strategii leczenia ukierunkowanego na podtyp CMS4 (przerzutowego) CRC. Obejmuje to strategie teranostyczne, w których sam FAPI służy jako ugrupowanie kierujące dla związków terapeutycznych. Wysiłki te mogą ostatecznie doprowadzić do ulepszonych spersonalizowanych strategii leczenia CMS4, wyników leczenia i jakości życia pacjentów z CRC.