Customisation of therapeutic strategy in metastatic colorectal cancer by use of liquid biopsies (detection of RAS mutations with digital PCR)

Abstract

Introduction: Metastatic colorectal cancer (mCRC) affects approximately 60% of patients with colorectal cancer and is associated with high mortality. RAS status is an important biomarker, as it guides treatment by predicting response to anti-EGFR monoclonal antibodies. However, RAS is routinely tested only on archival tumour tissue, and it is not possible to update the information on its status during the disease course, as in most patients rebiopsy is not possible or practical. Liquid biopsies are an emerging and promising alternative to tissue biopsy, as they provide an accurate real-time picture of the mutational landscape of the tumour.Aim: The study aims to use and test the high-sensitivity liquid biopsy platform BEAMing Digital PCR for RAS mutation detection in a cohort of mCRC patients in a collaborating network of Oncology centres in Greece. Moreover, it aims to study the utility of repeat liquid biopsies, alongside standard tissue testing, for the customisation of therapeutic strategy in mCRC.Methods: Clinical and molecular profiling data were prospectively collected from mCRC patient records. Plasma samples were collected from mCRC patients at the University Hospital of Ioannina, University Hospital of Larissa and the EUROMEDICA General Clinic in Thessaloniki, Greece. BEAMing Digital PCR was used to define the RAS status on ctDNA at four key timepoints: baseline, middle of first line therapy, first and second disease progressions.Results: Sixty-eight patients with mCRC were recruited between January 2018 and October 2019 with a median follow up of 13.3 months. RAS mutations were detected in tissue and ctDNA in 51.5% and 47.8% of patients, respectively, with overall percent agreement of 72.3%. Tissue-ctDNA concordance was positively associated with the presence of liver metastases (p=0.010) and negatively associated with the low sensitivity of tissue testing method (p=0.092). RAS mutational status differed between baseline and the middle of first-line treatment (p=0.046), as RAS MAF became undetectable in 28.6% of patients, and the mean RAS MAF decreased from 12.27% at baseline to 5.63% in the middle of first-line therapy (p=0.147). At first progression, new RAS mutations emerged compared to baseline (p=0.014), as 35.7% of patients developed a new RAS mutation, leading to a RAS status change from wild type to mutated in 21.4% of patients. At second progression, RAS status was preserved in 62.5% and in 100% of patients compared to baseline and first progression, respectively.Conclusions: Plasma ctDNA analysis with BEAMing Digital PCR was shown to have satisfactory concordance with tissue testing and to effectively detect even subtle differences both in RAS status and in RAS MAF at the tested timepoints. Therefore, it can be used alongside baseline tissue testing and, by capturing the dynamic RAS changes, it can inform personalised therapeutic decisions for mCRC patients and the design of future clinical trials.

Εισαγωγή: Ο μεταστατατικός ορθοκολικός καρκίνος (μΟΚΚ) αφορά περίπου 60% των ασθενών με ορθοκολικό καρκίνο και σχετίζεται με υψηλή θνητότητα. Η κατάσταση των γονιδίων RAS είναι ένας σημαντικός βιοδείκτης που καθοδηγεί τη θεραπεία προβλέποντας την ανταπόκριση στα μονοκλωνικά αντισώματα έναντι του υποδοχέα του επιδερμιδικού αυξητικού παράγοντα (epidermal growth factor receptor, EGFR). Ωστόσο, η εξέταση των γονιδίων RAS πραγματοποιείται παραδοσιακά μόνο σε αρχειακό υλικό ιστού από τον όγκο, χωρίς να παρέχει ανανεωμένη πληροφορία για την κατάσταση RAS στη διάρκεια της νόσου, καθώς στους περισσότερους ασθενείς η επαναβιόψηση δεν είναι δυνατή ή πρακτική. Οι υγρές βιοψίες είναι μια αναδυόμενη και υποσχόμενη εναλλακτική στη βιοψία ιστού, καθώς παρέχουν με ακρίβεια μια εικόνα του μοριακού προφίλ του όγκου σε πραγματικό χρόνο.Σκοπός: Η μελέτη στοχεύει στη χρήση και τον έλεγχο της υψηλής ευαισθησίας πλατφόρμας υγρής βιοψίας ψηφιακής PCR BEAMing για την ανίχνευση μεταλλάξεων RAS σε μια κόορτη ασθενών με μΟΚΚ σε ένα συνεργαζόμενο δίκτυο ογκολογικών κέντρων στην Ελλάδα. Επιπρόσθετα, στοχεύει στη μελέτη της χρησιμότητας των επαναλαμβανόμενων υγρών βιοψιών, παράλληλα με τον standard έλεγχο ιστού, για την εξατομίκευση της θεραπευτικής στρατηγικής στον μΟΚΚ.Μέθοδοι: Κλινικά δεδομένα και δεδομένα μοριακής ανάλυσης συλλέχθηκαν προοπτικά από τον φάκελο των ασθενών με μΟΚΚ. Δείγματα πλάσματος συλλέχθηκαν από ασθενείς με μΟΚΚ στο Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο Ιωαννίνων, το Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο Λάρισας και τη EUROMEDICA Γενική Κλινική Θεσσαλονίκης, στην Ελλάδα. Η ψηφιακή PCR BEAMing χρησιμοποιήθηκε για τον ορισμό της κατάστασης RAS στο κυκλοφορούν DNA (circulating tumour DNA, ctDNA) του όγκου σε τέσσερα στιγμιότυπα-«κλειδιά»: διάγνωση, μέσον της θεραπείας πρώτης γραμμής, πρώτη και δεύτερη επιδείνωση.Αποτελέσματα: Εξήντα οκτώ ασθενείς με μΟΚΚ εντάχθηκαν στη μελέτη μεταξύ Ιανουαρίου 2018 και Οκτωβρίου 2019 με διάμεσο χρόνο παρακολούθησης 13.3 μήνες. Μεταλλάξεις RAS ανιχνεύτηκαν στον ιστό και στο ctDNA σε 51.5% και 47.8% των ασθενών, αντίστοιχα, με ολική ποσοστιαία συμφωνία 72.3%. Η συμφωνία ιστού-ctDNA σχετιζόταν θετικά με την ύπαρξη ηπατικών μεταστάσεων (p=0.010) και αρνητικά με τη χαμηλή ευαισθησία της μεθόδου ελέγχου ιστού (p=0.092). Η κατάσταση RAS διέφερε μεταξύ της διάγνωσης και του μέσου της θεραπείας πρώτης γραμμής (p=0.046), καθώς το κλάσμα μεταλλαγμένων αλληλομόρφων RAS (RAS mutant allele fraction, RAS MAF) έγινε μη ανιχνεύσιμο σε 28.6% των ασθενών, και ο μέσος όρος του RAS μειώθηκε από 12.27% στη διάγνωση σε 5.63% στο μέσο της θεραπείας πρώτης γραμμής (p=0.147). Στην πρώτη επιδείνωση, νέες μεταλλάξεις RAS αναδύθηκαν σε σύγκριση με τη διάγνωση (p=0.014), καθώς 35.7% των ασθενών ανέπτυξαν νέα μετάλλαξη RAS, οδηγώντας σε μεταβολή της κατάστασης RAS από φυσιολογική σε μεταλλαγμένη στο 21.4% των ασθενών. Στη δεύτερη επιδείνωση, η κατάσταση RAS διατηρήθηκε στο 62.5% και στο 100% των ασθενών σε σύγκριση με τη διάγνωση και την πρώτη επιδείνωση, αντίστοιχα.Συμπεράσματα: Η ανάλυση του ctDNA πλάσματος με την ψηφιακή PCR BEAMing βρέθηκε να έχει ικανοποιητική συμφωνία με τον ιστό και να ανιχνεύει αποτελεσματικά ακόμα και μικρές διαφορές τόσο στην κατάσταση RAS όσο και στο RAS MAF στα στιγμιότυπα που ελέγχθηκαν. Συνεπώς, μπορεί να χρησιμοποιηθεί παράλληλα με τον έλεγχο του ιστό στη διάγνωση και, αποτυπώνοντας τις δυναμικές αλλαγές RAS, μπορεί να υποβοηθήσει τη λήψη εξατομικευμένων θεραπευτικών αποφάσεων για τους ασθενείς με μΟΚΚ και τον σχεδιασμό μελλοντικών κλινικών δοκιμών.