Detection and comparison of Circulating Tumor Cells and circulating free DNA at patients with stage III colorectal cancer receiving three or six months of adjuvant chemotherapy

Abstract

Colorectal cancer (CRC) remains a major global health concern, with significant implications for patient outcomes and healthcare systems. Among patients diagnosed with stage III disease, approximately 30% will experience recurrence despite receiving standard treatment. Surgery is a critical component of the curative approach; however, adjuvant chemotherapy plays a pivotal role in reducing recurrence risk and improving overall survival. Historically, the FOLFOX regimen, consisting of 5-Fluorouracil, Leucovorin, and Oxaliplatin administered over six months, was considered the gold standard. However, the IDEA trial (2018) introduced a paradigm shift by demonstrating that a three-month adjuvant regimen, particularly with Capecitabine-Oxaliplatin (CAPOX), could achieve comparable outcomes in patients with lower TNM stage disease. This adjustment in treatment duration was particularly beneficial for patients experiencing adverse effects, particularly neurotoxicity, which can significantly impact quality of life and even impair the ability to perform daily activities or work-related tasks. Given the evolving landscape of adjuvant therapy, the identification of reliable biomarkers to optimize treatment strategies has become an area of intense research. This study aimed to assess the prognostic and predictive value of circulating tumor cells (CTCs) and circulating tumor DNA (ctDNA) detection in this treatment setting, potentially aiding in therapy optimization and individualized patient management. Additionally, it sought to provide laboratory-based validation of the IDEA trial findings and to compare two distinct methods for CTC detection. A prospective, non-randomized, single-center trial was conducted, enrolling 175 patients with stage III CRC undergoing adjuvant chemotherapy. Patients were treated with either CAPOX or FOLFOX for a duration of three or six months, depending on physician and patient preference. Peripheral blood samples were collected at three critical time points: prior to treatment initiation (baseline), after three months of treatment, and at six months (for patients completing the longer regimen). CTCs detection was performed using two methodologies: triple immunofluorescence assay testing (IFAT) and real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR). Simultaneously, ctDNA analysis was conducted via next-generation sequencing (NGS) to explore its potential role as a prognostic biomarker. This study investigated the dynamics of CTCs and ctDNA as indicators of treatment response, recurrence risk, and overall prognosis. Among the 175 participants, 58.9% were male, and the median age was 65 years. All patients had a performance status of 0-1, with 69.1% presenting with left-sided tumors. Treatment allocation was as follows: 38.3% received three months of therapy, while 49.7% were treated with FOLFOX. The median disease-free survival (DFS) and overall survival (OS) were 17.2 and 31.2 months, respectively. CTCs were detected in 45.5%, 40.7%, and 50.8% of patients at baseline, three months, and six months, respectively, using IFAT. When assessed using RT-qPCR, detectable CTCs were present in 39.9% of patients at baseline, 32.4% at three months, and 51.6% at six months. A statistically significant reduction in CTC levels was observed after three months in patients treated with CAPOX (p=0.025), reinforcing the effectiveness of the shortened regimen. However, a notable increase in CTCs between three and six months was observed in patients with right-sided tumors (p=0.022) and those younger than 70 years old (p=0.053). The presence of CTCs detected via IFAT at baseline was significantly associated with poorer DFS (p=0.02), highlighting their potential role as prognostic markers. Among the subset of patients tested for ctDNA (n=77, baseline only), all exhibited at least one detectable mutation. The most frequently identified mutations included AXIN2, BIRC5, DCC, APC2, and PIK3R2. Further analysis revealed that the presence of LEF1 and MAPK1 mutations was significantly associated with decreased DFS (p=0.007 and p=0.032, respectively), while AXIN mutations correlated with reduced OS (p=0.039). These findings underscore the potential of ctDNA as a valuable prognostic biomarker for risk stratification and treatment personalization. At the last follow-up, conducted five years after the enrollment of the first patient, 81.1% of the study participants were still alive, further supporting the efficacy of adjuvant therapy in improving long-term outcomes for stage III CRC patients. The results of this study reinforce the efficacy of a three-month adjuvant regimen, particularly with CAPOX, demonstrating significant reductions in CTC levels. The persistence of detectable CTCs following six months of FOLFOX therapy suggests potential treatment resistance and the presence of micrometastatic disease, underscoring the need for tailored therapeutic strategies. Both techniques used for CTC detection in this study—IFAT and RT-qPCR—appeared equally effective, suggesting that either could be employed in clinical settings based on availability and technical feasibility. Additionally, the prognostic significance of specific ctDNA mutations highlights its potential role in guiding treatment decisions. The integration of CTC and ctDNA analysis into routine clinical practice could enable better risk stratification, allowing for more personalized adjuvant therapy regimens. Further large-scale, multicenter trials are necessary to validate these findings and establish standardized protocols for incorporating these biomarkers into routine patient care. Ultimately, such advancements in biomarker-driven treatment approaches could significantly enhance patient outcomes, reducing recurrence rates and improving long-term survival in CRC patients.

Ο καρκίνος του παχέος εντέρου (CRC) παραμένει ένα σοβαρό παγκόσμιο ζήτημα δημόσιας υγείας, με σημαντικές επιπτώσεις τόσο στην ποιότητα ζωής των ασθενών όσο και στα υγειονομικά συστήματα. Οι ασθενείς με νόσο σταδίου III έχουν περίπου 30% πιθανότητα υποτροπής, γεγονός που καθιστά κρίσιμη την επιλογή της κατάλληλης θεραπείας. Η χειρουργική αφαίρεση του όγκου είναι θεμελιώδης, αλλά η επικουρική χημειοθεραπεία παίζει καθοριστικό ρόλο στη μείωση του κινδύνου υποτροπής και στη βελτίωση της συνολικής επιβίωσης. Παραδοσιακά, το σχήμα FOLFOX, που περιλαμβάνει 5-Φθοριοουρακίλη, Λευκοβορίνη και Οξαλιπλατίνη για διάρκεια έξι μηνών, θεωρούνταν η τυπική αγωγή. Ωστόσο, η μελέτη IDEA (2018) έφερε αλλαγές στην κλινική πρακτική, αποδεικνύοντας ότι ένα επικουρικό σχήμα τριών μηνών, κυρίως με CAPOX, μπορεί να προσφέρει παρόμοια αποτελέσματα, ιδιαίτερα σε ασθενείς με χαμηλότερο στάδιο TNM. Αυτή η μείωση της διάρκειας της θεραπείας είναι σημαντική, ιδίως για ασθενείς που εμφανίζουν σοβαρές παρενέργειες, όπως νευροτοξικότητα, η οποία μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ποιότητα ζωής και την καθημερινή λειτουργικότητα των ασθενών. Δεδομένης της συνεχώς εξελισσόμενης θεραπευτικής προσέγγισης, η ανάγκη για αξιόπιστους βιοδείκτες που θα βοηθήσουν στη βέλτιστη επιλογή θεραπείας είναι επιτακτική. Η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο την αξιολόγηση της προγνωστικής και προβλεπτικής αξίας της ανίχνευσης κυκλοφορούντων καρκινικών κυττάρων (CTCs) και κυκλοφορούντος καρκινικού DNA (ctDNA) στο πλαίσιο της επικουρικής θεραπείας. Παράλληλα, επιχείρησε να επιβεβαιώσει εργαστηριακά τα ευρήματα της μελέτης IDEA και να συγκρίνει δύο διαφορετικές μεθόδους ανίχνευσης CTCs. Πρόκειται για μία προοπτική, μη τυχαιοποιημένη, μονοκεντρική μελέτη που συμπεριέλαβε 175 ασθενείς με καρκίνο παχέος εντέρου σταδίου III. Οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε επικουρική θεραπεία με CAPOX ή FOLFOX για τρεις ή έξι μήνες. Στο σύνολο των συμμετεχόντων, το 58,9% ήταν άνδρες με διάμεση ηλικία τα 65 έτη. Όλοι οι ασθενείς είχαν δείκτη καθημερινής απόδοσης (PS) 0-1 και το 69,1% εμφάνιζε αριστερόστροφους όγκους. Από αυτούς, το 38,3% έλαβε θεραπεία τριών μηνών, ενώ το 49,7% αντιμετωπίστηκε με το σχήμα FOLFOX. Η διάμεση επιβίωση ελεύθερη νόσου (DFS) και η συνολική επιβίωση (OS) καταγράφηκαν στις 17,2 και 31,2 μήνες, αντίστοιχα. Η ανίχνευση CTCs πραγματοποιήθηκε με δύο μεθόδους: ανοσοφθορισμό (IFAT) και πραγματικού χρόνου ποσοτική αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (RT-qPCR). Τα CTCs ανιχνεύθηκαν στο 45,5% των ασθενών πριν από την έναρξη της θεραπείας, στο 40,7% στους τρεις μήνες και στο 50,8% στους έξι μήνες μέσω IFAT. Με τη μέθοδο RT-qPCR, η παρουσία CTCs καταγράφηκε στο 39,9% των ασθενών στην αρχή της θεραπείας, στο 32,4% στους τρεις μήνες και στο 51,6% μετά από έξι μήνες θεραπείας. Σημαντική μείωση των CTCs παρατηρήθηκε μετά από τρεις μήνες σε ασθενείς που έλαβαν CAPOX (p=0.025), ενώ αντίθετα, παρατηρήθηκε αύξηση των CTCs μεταξύ τριών και έξι μηνών σε ασθενείς με δεξιόστροφους όγκους (p=0.022) και σε ηλικίες κάτω των 70 ετών (p=0.053). Η παρουσία CTCs μέσω IFAT πριν από την έναρξη της θεραπείας συσχετίστηκε σημαντικά με μειωμένη DFS (p=0.02).Όσον αφορά την ανάλυση του ctDNA, σε 77 ασθενείς (μετρήσεις μόνο στη βασική γραμμή), ανιχνεύθηκε τουλάχιστον μία μετάλλαξη. Οι συχνότερες μεταλλάξεις αφορούσαν τα γονίδια AXIN2, BIRC5, DCC, APC2 και PIK3R2. Ειδικότερα, η παρουσία μεταλλάξεων στα γονίδια LEF1 (p=0.007) και MAPK1 (p=0.032) συσχετίστηκε με μειωμένη DFS, ενώ οι μεταλλάξεις στο γονίδιο AXIN σχετίστηκαν με χαμηλότερη OS (p=0.039). Κατά την τελευταία παρακολούθηση, πέντε χρόνια μετά την έναρξη της μελέτης, το 81,1% των ασθενών παρέμενε εν ζωή, γεγονός που υποστηρίζει την αποτελεσματικότητα της επικουρικής θεραπείας. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης ενισχύουν την αποτελεσματικότητα της τριμηνιαίας επικουρικής θεραπείας, ιδιαίτερα με CAPOX, καθώς παρατηρήθηκε σημαντική μείωση στα CTCs. Αντίθετα, η ανίχνευση CTCs μετά από έξι μήνες θεραπείας με FOLFOX υποδηλώνει πιθανή ανθεκτικότητα στη θεραπεία και την ύπαρξη μικρομεταστατικής νόσου, επισημαίνοντας την ανάγκη για εξατομικευμένες θεραπευτικές προσεγγίσεις. Και οι δύο τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανίχνευση των CTCs αποδείχθηκαν εξίσου αποτελεσματικές, επιτρέποντας τη χρήση τους στην κλινική πράξη.Επιπλέον, η προγνωστική σημασία συγκεκριμένων μεταλλάξεων του ctDNA αναδεικνύει τον πιθανό ρόλο του στη διαστρωμάτωση κινδύνου και την εξατομίκευση της θεραπείας. Η ενσωμάτωση της ανάλυσης των CTCs και του ctDNA στην καθημερινή κλινική πρακτική μπορεί να βελτιώσει τη θεραπευτική στρατηγική, επιτρέποντας την προσαρμογή της επικουρικής αγωγής βάσει προγνωστικών βιοδεικτών. Παρόλα αυτά, απαιτούνται μεγαλύτερες πολυκεντρικές μελέτες για την επιβεβαίωση αυτών των ευρημάτων και την καθιέρωση τυποποιημένων πρωτοκόλλων για την ενσωμάτωση αυτών των βιοδεικτών στη θεραπευτική διαδικασία. Μελλοντικά, η περαιτέρω ανάπτυξη της εξατομικευμένης ιατρικής στον καρκίνο του παχέος εντέρου μπορεί να συμβάλει σημαντικά στη βελτίωση των θεραπευτικών αποτελεσμάτων και στη μείωση της υποτροπής της νόσου.