SEEK and you may find cancer earlier Many cancers can be cured by surgery and/or systemic therapies when detected before they have metastasized. This clinical reality, coupled with the growing appreciation that cancer's rapid genetic evolution limits its response to drugs, have fueled interest in methodologies for earlier detection of the disease. Cohen et al. developed a noninvasive blood test, called CancerSEEK that can detect eight common human cancer types (see the Perspective by Kalinich and Haber). The test assesses eight circulating protein biomarkers and tumor-specific mutations in circulating DNA. In a study of 1000 patients previously diagnosed with cancer and 850 healthy control individuals, CancerSEEK detected cancer with a sensitivity of 69 to 98% (depending on cancer type) and 99% specificity. Science , this issue p. 926 ; see also p. 866

Crunching the numbers to explain cancer Why do some tissues give rise to cancer in humans a million times more frequently than others? Tomasetti and Vogelstein conclude that these differences can be explained by the number of stem cell divisions. By plotting the lifetime incidence of various cancers against the estimated number of normal stem cell divisions in the corresponding tissues over a lifetime, they found a strong correlation extending over five orders of magnitude. This suggests that random errors occurring during DNA replication in normal stem cells are a major contributing factor in cancer development. Remarkably, this “bad luck” component explains a far greater number of cancers than do hereditary and environmental factors. Science , this issue p. 78

Detection of circulating tumor DNA in patients with resected stage II colon cancer provides evidence of residual disease.

A substantial fraction of mutations in human cancer are attributable to random errors occurring during DNA replication.

Endometriosis, defined as the presence of ectopic endometrial stroma and epithelium, affects approximately 10% of reproductive-age women and can cause pelvic pain and infertility. Endometriotic lesions are considered to be benign inflammatory lesions but have cancerlike features such as local invasion and resistance to apoptosis.

The role of adjuvant chemotherapy in stage II colon cancer continues to be debated. The presence of circulating tumor DNA (ctDNA) after surgery predicts very poor recurrence-free survival, whereas its absence predicts a low risk of recurrence. The benefit of adjuvant chemotherapy for ctDNA-positive patients is not well understood.

The earlier diagnosis of cancer is one of the keys to reducing cancer deaths in the future. Here we describe our efforts to develop a noninvasive blood test for the detection of pancreatic ductal adenocarcinoma. We combined blood tests for KRAS gene mutations with carefully thresholded protein biomarkers to determine whether the combination of these markers was superior to any single marker. The cohort tested included 221 patients with resectable pancreatic ductal adenocarcinomas and 182 control patients without known cancer. KRAS mutations were detected in the plasma of 66 patients (30%), and every mutation found in the plasma was identical to that subsequently found in the patient's primary tumor (100% concordance). The use of KRAS in conjunction with four thresholded protein biomarkers increased the sensitivity to 64%. Only one of the 182 plasma samples from the control cohort was positive for any of the DNA or protein biomarkers (99.5% specificity). This combinatorial approach may prove useful for the earlier detection of many cancer types.

Adjuvant chemotherapy in patients with stage III colon cancer prevents recurrence by eradicating minimal residual disease. However, which patients remain at high risk of recurrence after completing standard adjuvant treatment cannot currently be determined. Postsurgical circulating tumor DNA (ctDNA) analysis can detect minimal residual disease and is associated with recurrence in colorectal cancers.To determine whether serial postsurgical and postchemotherapy ctDNA analysis could provide a real-time indication of adjuvant therapy efficacy in stage III colon cancer.This multicenter, Australian, population-based cohort biomarker study recruited 100 consecutive patients with newly diagnosed stage III colon cancer planned for 24 weeks of adjuvant chemotherapy from November 1, 2014, through May 31, 2017. Patients with another malignant neoplasm diagnosed within the last 3 years were excluded. Median duration of follow-up was 28.9 months (range, 11.6-46.4 months). Physicians were blinded to ctDNA results. Data were analyzed from December 10, 2018, through June 23, 2019.Serial plasma samples were collected after surgery and after chemotherapy. Somatic mutations in individual patients' tumors were identified via massively parallel sequencing of 15 genes commonly mutated in colorectal cancer. Personalized assays were designed to quantify ctDNA.Detection of ctDNA and recurrence-free interval (RFI).After 4 exclusions, 96 eligible patients were eligible; median patient age was 64 years (range, 26-82 years); 49 (51%) were men. At least 1 somatic mutation was identified in the tumor tissue of all 96 evaluable patients. Circulating tumor DNA was detectable in 20 of 96 (21%) postsurgical samples and was associated with inferior recurrence-free survival (hazard ratio [HR], 3.8; 95% CI, 2.4-21.0; P < .001). Circulating tumor DNA was detectable in 15 of 88 (17%) postchemotherapy samples. The estimated 3-year RFI was 30% when ctDNA was detectable after chemotherapy and 77% when ctDNA was undetectable (HR, 6.8; 95% CI, 11.0-157.0; P < .001). Postsurgical ctDNA status remained independently associated with RFI after adjusting for known clinicopathologic risk factors (HR, 7.5; 95% CI, 3.5-16.1; P < .001).Results suggest that ctDNA analysis after surgery is a promising prognostic marker in stage III colon cancer. Postchemotherapy ctDNA analysis may define a patient subset that remains at high risk of recurrence despite completing standard adjuvant treatment. This high-risk population presents a unique opportunity to explore additional therapeutic approaches.

A real-time trial of a cancer blood test Cancers diagnosed early are often more responsive to treatment. Blood tests that detect molecular markers of cancer have successfully identified individuals already known to have the disease. Lennon et al. conducted an exploratory study that more closely reflects the way in which such blood tests would be used in the future. They evaluated the feasibility and safety of incorporating a multicancer blood test into the routine clinical care of 10,000 women with no history of cancer. Over a 12-month period, the blood test detected 26 cancers of different types. A combination of the blood test and positron emission tomography–computed tomography (PET-CT) imaging led to surgical removal of nine of these cancers. Use of the blood test did not result in a large number of futile follow-up procedures. Science , this issue p. eabb9601

Although it has been hypothesized that some of the somatic mutations found in tumors may occur before tumor initiation, there is little experimental or conceptual data on this topic. To gain insights into this fundamental issue, we formulated a mathematical model for the evolution of somatic mutations in which all relevant phases of a tissue’s history are considered. The model makes the prediction, validated by our empirical findings, that the number of somatic mutations in tumors of self-renewing tissues is positively correlated with the age of the patient at diagnosis. Importantly, our analysis indicates that half or more of the somatic mutations in certain tumors of self-renewing tissues occur before the onset of neoplasia. The model also provides a unique way to estimate the in vivo tissue-specific somatic mutation rates in normal tissues directly from the sequencing data of tumors. Our results have substantial implications for the interpretation of the large number of genome-wide cancer studies now being undertaken.