A blood test that enables surveillance for early-stage pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is an urgent need. Independent laboratories have reported PDAC biomarkers that could improve biomarker performance over CA19-9 alone, but the performance of the previously reported biomarkers in combination is not known. Therefore, we conducted a coordinated case/control study across multiple laboratories using common sets of blinded training and validation samples (132 and 295 plasma samples, respectively) from PDAC patients and non-PDAC control subjects representing conditions under which surveillance occurs. We analyzed the training set to identify candidate biomarker combination panels using biomarkers across laboratories, and we applied the fixed panels to the validation set. The panels identified in the training set, CA19-9 with CA199.STRA, LRG1, TIMP-1, TGM2, THSP2, ANG, and MUC16.STRA, achieved consistent performance in the validation set. The panel of CA19-9 with the glycan biomarker CA199.STRA improved sensitivity from 0.44 with 0.98 specificity for CA19-9 alone to 0.71 with 0.98 specificity (p < 0.001, 1000-fold bootstrap). Similarly, CA19-9 combined with the protein biomarker LRG1 and CA199.STRA improved specificity from 0.16 with 0.94 sensitivity for CA19-9 to 0.65 with 0.89 sensitivity (p < 0.001, 1000-fold bootstrap). We further validated significantly improved performance using biomarker panels that did not include CA19-9. This study establishes the effectiveness of a coordinated study of previously discovered biomarkers and identified panels of those biomarkers that significantly increased the sensitivity and specificity of early-stage PDAC detection in a rigorous validation trial.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) tumor heterogeneity impedes the development of biomarker assays suitable for early disease detection that would improve patient outcomes. The CA19-9 glycan is currently used as a standalone biomarker for PDAC. Furthermore, previous studies have shown that cancer cells may display aberrant membrane-associated glycans. We therefore hypothesized that PDAC cancer cell subpopulations could be distinguished by aberrant glycan signatures. We used multiplexed glycan immunofluorescence combined with pathologist annotation and automated image processing to distinguish between PDAC cancer cell subpopulations within tumor tissue. Using a training-set/test-set approach, we found that PDAC cancer cells may be identified by signatures comprising 4 aberrant glycans (VVL, CA19-9, sTRA, and GM2) and that there are three glycan-defined PDAC tumor types: sTRA type, CA19-9 type, and intermixed. To determine whether the aberrant glycan signatures could be detected in blood samples, we developed hybrid glycan sandwich assays for membrane-associated glycans. In both patient-matched tumor and blood samples, the proportion of aberrant glycans detected was consistent. Furthermore, our multiplexed glycan immunofluorescent approach proved to be more sensitive and more specific than CA19-9 alone. Our results provide proof of concept for a novel methodology to improve early PDAC detection and patient outcomes.

Abstract Background and Aims A subset of pancreatic ductal adenocarcinomas (PDACs) is highly resistant to systemic chemotherapy, but no markers are available in clinical settings to identify this subset. We hypothesized that chemotherapy-resistant PDACs express a glycan biomarker called sTRA. Methods . We tested this marker to identify treatment-resistant PDAC in multiple systems: sets of cell lines, organoids, and isogenic cell lines; primary tumors; and blood plasma from cohorts of human subjects. Results . Among a panel of 27 cell lines, high levels of cell-surface sTRA identified higher resistance to seven chemotherapeutics used against PDAC. Using primary tumors from two different cohorts, patients who were positive for a gene-expression classifier for sTRA received no statistically significant benefit from adjuvant chemotherapy, in contrast to those negative for the signature. In another cohort, using direct measurements of sTRA in tissue microarrays by quantitative immunofluorescence, patients who were high in sTRA again had no statistically significant benefit from adjuvant chemotherapy. Further, a blood-plasma test for the sTRA glycan identified the PDACs that showed rapid relapse following neoadjuvant chemotherapy. This blood test performed with 96% specificity and 56% sensitivity in a blinded cohort using samples collected before the start of treatment. Conclusion . These findings establish that tissue or plasma sTRA can identify PDACs that are resistant to neoadjuvant or adjuvant chemotherapy. This capability could help apply systemic treatments more precisely and facilitate biomarker-guided trials targeting resistant PDAC.