Longitudinal genomics and drug screens for improved treatment efficacy in colorectal cancer

I Norge er det godt over 4000 nye tilfeller av tykk-og endetarmskreft (CRC) hvert år. De fleste av pasientene behandles med kirurgi, cellegift og/eller stråling. Det er et stort behov for mer presise diagnostiske tester for å kunne forutsi risiko for tilbakefall og respons på tradisjonell såvel som nyere medikamentelle behandlinger. I perioden har vår lab etablert en digital molekylær patologi platform for å kunne oppdage biomarkører som kan forutsi prognose og respons på behandling, samt en ex vivo farmakogenomikk-platform for å teste legemiddel sensitivitet i pasienten’s egen kreftmodell (pasient-deriverte tumor organoider, PDO). Stipendiaten har deltatt i oppbygging av begge teknologier men har hatt hovedfokus på etablering av storskala analyser av protein-biomarkører i vev. Nyere flourescensbaserte metoder og kamerateknologier gjør det mulig å analysere mange ulike proteiner i samme snitt fra formalinfiksert og parafin-innstøpt (FFPE) vev, og automatisering medfører at et stort antall prøver/analyser kan bli gjort på relativt kort tid. Teknologien er anvendt på vevsmikromatriser (TMA) av prøver fra store serier kreftpasienter. I en slik matrise samles uttak fra FFPE blokker i én mottager blokk, slik at hundrevis av prøver kan analyseres for uttrykk av de aktuelle proteiner samtidig. To av arbeidene som skal inngå i kandidaten PhD er publisert, a) Her er det benyttet en TMA med prøver fra ca 1000 tarmkreftpasienter, og det er gjort en sammenligning av den flourescens baserte digitale metoden med visuell scoring av kromogen farging, for flere relevante markører (Lopes* N, Bergsland* CH et al.; delt førsteforfatterskap Lab Invest 100:120-134). b) Kandidaten har i neste studium validert RCC2, et cellesyklus assosiert protein, som en prognostisk markør i tarmkreft ihht REMARK guidelines for biomarkører. Studiet viser også at RCC2 har prediktiv verdi for effekt av cellegift. Her er pasientprøver både fra Oxford og fra Oslo Universitetssykehus (n=2700) undersøkt (Bergsland CH et al., ESMO open 2020). c) Det tredje arbeidet som inngår i doktorgraden er et innsendt manuskript med Bergsland CH som førsteforfatter: «Spatial analysis and CD25-expression identify regulatory T cells as predictors of a poor prognosis in colorectal cancer». Her viser vi blant annet at den prognostisk betydning av regulatoriske T-celler er avhengig deres romlige distribusjon relatert til cytotoksiske T-celler. Kandidaten har også i perioden bidratt med teknologi og digitale analyser av proteinuttrykk i tre publiserte samarbeids-studier. Det er godt dokumentert at det innad i en tumor typisk eksisterer stor genetisk heterogenitet, som delvis forklarer ulik respons på legemidler mellom pasienter. Vi undersøker dette ved å generere cellekulturer fra separate tarmkreftlesjoner (tatt fra operasjonspreparat) for deretter å teste ut og sammenligne respons på et panel med ulike medikamenter. Det utføres parallelt ulike genetiske og immunohistokjemiske analyser på dette materialet for å identifisere biomarkører som henger sammen med legemiddelrespons. Denne studien er en del av et større prosjekt og stipendiaten jobber sammen med forskere fra ulike disipliner. Vi har vist et ex vivo legemiddeltesting i pasienten’s egne kreftceller identifiserer nye muligheter for behandling av avansert sykdom (Bruun et al., CCR 2020, 26: 4107-19; Kryeziu et al., J Transl Med 2021, 19: 384; Bergsland er medforfatter på begge arbeider). Stipendiatens rolle her har vært tillaging av FFPE materiale av de genererte cellekulturene og videre immunhistokjemisk analyse av disse materialene. Kandidaten har tatt nødvendige kurs for PhD utdannelse, og leverte sin avhandling til Det Medisinske Fakultet, U i Oslo, høsten 2021; evaluering er forventet i slutten av Februar, og disputas er sannsynlig før sommer 2022. I denne observasjons-studien har vi vist at ex vivo legemiddel uttesting i pasientenes egne kreftceller mimikerer respons på standard behandling, og vi viser sensitivitet for flere andre medikamenter som i dag ikke tilbys disse pasientene men som kan være godkjent på andre indikasjoner. Dette har ført til godkjenning av en klinisk studie for avansert colorectal cancer med tillatelse for utprøving av 17 eksperimentelle legemidler (EVIDENT- ex vivo drug sensitivity in metastatic colorectal cancer, EudraCT number 2020-003395-41). I denne studien som er forventet åpnet februar 2022 vil vår lab være ansvarlig for etablering av cellekulturer og legemiddeluttesting samt de molekylære analyser som danner grunnlaget for valg av pasientbehandlingen. De molekylære analysene inkluderer genpanel spesifikt designet for colorectal cancer, og relevante proteinmarkører. Vi har vist både morfologiske likheter og markørlikheter mellom levermetastaser og korresponderende kreftmodeller (PDO) (Kryeziu et al., J Transl Med 2021). En slik illustrasjon ble valgt ut som forsidebilde for 2022 årgang av BBA-Rev on Cancer (Kryeziu, Bergsland et al., BBA Rev-on-Cancer 1877(1):188682. 2022). I EVIDENT vil vi prescreene >200 pasienter og antatt 450 lesjoner, men antall pasienter som er forventet å kunne motta eksperimentell behandling er 40-50. Vi vil derfor kun konkludere på om et slikt funksjonelt oppsett gir mer presis onkologisk behandling enn genpanel alene. Ved positive resultater er det muligheter for å flytte et slikt oppsett frem til 1 linje behandling av avansert sykdom og inn i diagnostisk rutine.