Abstract Introduction Tumor cells can effectively be killed by heat, e.g. by using magnetic hyperthermia. The main challenge in the field, however, is the generation of therapeutic temperatures selectively in the whole tumor region. We aimed to improve magnetic hyperthermia of breast cancer by using innovative nanoparticles which display a high heating potential and are functionalized with a cell internalization and a chemotherapeutic agent to increase cell death. Methods The superparamagnetic iron oxide nanoparticles (MF66) were electrostatically functionalized with either Nucant multivalent pseudopeptide (N6L; MF66-N6L), doxorubicin (DOX; MF66-DOX) or both (MF66-N6LDOX). Their cytotoxic potential was assessed in a breast adenocarcinoma cell line MDA-MB-231. Therapeutic efficacy was analyzed on subcutaneous MDA-MB-231 tumor bearing female athymic nude mice. Results All nanoparticle variants showed an excellent heating potential around 500 W/g Fe in the alternating magnetic field (AMF, conditions: H = 15.4 kA/m, f = 435 kHz). We could show a gradual inter- and intracellular release of the ligands, and nanoparticle uptake in cells was increased by the N6L functionalization. MF66-DOX and MF66-N6LDOX in combination with hyperthermia were more cytotoxic to breast cancer cells than the respective free ligands. We observed a substantial tumor growth inhibition (to 40% of the initial tumor volume, complete tumor regression in many cases) after intratumoral injection of the nanoparticles in vivo . The proliferative activity of the remaining tumor tissue was distinctly reduced. Conclusion The therapeutic effects of breast cancer magnetic hyperthermia could be strongly enhanced by the combination of MF66 functionalized with N6L and DOX and magnetic hyperthermia. Our approach combines two ways of tumor cell killing (magnetic hyperthermia and chemotherapy) and represents a straightforward strategy for translation into the clinical practice when injecting nanoparticles intratumorally.

Abstract Purpose Small cell lung cancer (SCLC) is a highly aggressive tumor with neuroendocrine origin. Although SCLC frequently express somatostatin receptor type 2 (SSTR2), a significant clinical benefit of SSTR2-targeted radionuclide therapies of SCLC was not observed so far. We hypothesize that combination treatment with a PARP inhibitor (PARPi) could lead to radiosensitization and increase the effectiveness of SSTR2-targeted therapy in SCLC. Methods SSTR2-ligand uptake of the SCLC cell lines H69 and H446 was evaluated in vitro using flow cytometry, and in vivo using SPECT imaging and cut-and-count biodistribution. Single-agent (Olaparib, Rucaparib, [ 177 Lu]Lu-DOTA-TOC) and combination treatment responses were determined in vitro via cell viability, clonogenic survival and γH2AX DNA damage assays. In vivo, we treated athymic nude mice bearing H69 or H446 xenografts with Olaparib, Rucaparib, or [ 177 Lu]Lu-DOTA-TOC alone or with combination treatment regimens to assess the impact on tumor growth and survival of the treated mice. Results H446 and H69 cells exhibited low SSTR2 expression, i.e. 60 to 90% lower uptake of SSTR2-ligands compared to AR42J cells. In vitro, combination treatment of [ 177 Lu]Lu-DOTA-TOC with PARPi resulted in 2.9- to 67-fold increased potency relative to [ 177 Lu]Lu-DOTA-TOC alone. We observed decreased clonogenic survival and higher amounts of persistent DNA damage compared to single-agent treatment for both Olaparib and Rucaparib. In vivo, tumor doubling times increased to 1.6-fold (H446) and 2.2-fold (H69) under combination treatment, and 1.0 to 1.1-fold (H446) and 1.1 to 1.7-fold (H69) in monotherapies compared to untreated animals. Concurrently, median survival was higher in the combination treatment groups in both models compared to monotherapy and untreated mice. Fractionating the PRRT dose did not lead to further improvement of therapeutic outcome. Conclusion The addition of PARPi can markedly improve the potency of SSTR2-targeted PRRT in SCLC models in SSTR2 low-expressing tumors. Further evaluation in humans seems justified based on the results as novel treatment options for SCLC are urgently needed. Graphical Abstract

Abstract Mutant KRAS is present in over 90% of pancreatic as well as 30-40% of lung and colorectal cancers and is one of the most common oncogenic drivers. Despite decades of research and the recent emergence of isoform-specific KRAS G12C -inhibitors, most mutant KRAS isoforms, including the ones frequently associated with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), cannot be targeted directly. Moreover, targeting single RAS downstream effectors induces adaptive mechanisms leading to tumor recurrence or resistance. We report here on the combined inhibition of SHP2, a non-receptor tyrosine phosphatase upstream of KRAS, and ERK, a serine/threonine kinase and a key molecule downstream of KRAS in PDAC. This combination shows synergistic anticancer activity in vitro , superior disruption of the MAPK pathway, and significantly increased apoptosis induction compared to single-agent treatments. In vivo , we demonstrate good tolerability and efficacy of the combination. Concurrent inhibition of SHP2 and ERK induces significant tumor regression in multiple PDAC mouse models. Finally, we show evidence that 18 F-FDG PET scans can be used to detect and predict early drug responses in animal models. Based on these compelling results, we will investigate this drug combination in a clinical trial (SHERPA, SH P2 and ER K inhibition in pa ncreatic cancer, NCT04916236 ), enrolling patients with KRAS -mutant PDAC.

Major determining factors for survival of patients with oral, oropharyngeal, and esophageal cancer are early detection, the quality of surgical margins, and the contemporaneous detection of residual tumor. Intuitively, the exposed location at the epithelial surface qualifies these tumor types for utilization of visual aids to assist in discriminating tumor from healthy surrounding tissue. Here, we explored the DNA repair enzyme PARP1 as imaging biomarker and conducted optical imaging in animal models, human tissues and as part of a first-in-human clinical trial. Our data suggests that PARP1 is a quantitative biomarker for oral, oropharyngeal, and esophageal cancer and can be visualized with PARPi-FL, a fluorescently labeled small molecule contrast agent for topical or intravenous delivery. We show feasibility of PARPi-FL-assisted tumor detection in esophageal cancer, oropharyngeal and oral cancer. We developed a contemporaneous PARPi-FL topical staining protocol for human biospecimens. Using fresh oral cancer tissues within 25 min of biopsy, tumor and margin samples were correctly identified with >95% sensitivity and specificity without terminal processing. PARPi-FL imaging can be integrated into clinical workflows, potentially providing instantaneous assessment of the presence or absence of microscopic disease at the surgical margin. Additionally, we showed first-in-human PARPi-FL imaging in oral cancer. In aggregate, our preclinical and clinical studies have the unifying goal of verifying the clinical value of PARPi-FL-based optical imaging for early detection and intraoperative margin assignment. Clinical Trial Registration ID #[NCT03085147][1]. [1]: /lookup/external-ref?link_type=CLINTRIALGOV&access_num=NCT03085147&atom=%2Fbiorxiv%2Fearly%2F2019%2F06%2F14%2F663385.atom

Glioblastoma multiforme is a highly aggressive form of brain cancer whose location, tendency to infiltrate healthy surrounding tissue, and heterogeneity significantly limit survival, with scant progress having been made in recent decades. 123I-MAPi (Iodine-123 Meitner-Auger PARP1 inhibitor) is a precise therapeutic tool composed of a PARP1 inhibitor radiolabeled with an Auger- and gamma-emitting iodine isotope. Here, the PARP inhibitor, which binds to the DNA repair enzyme PARP1, specifically targets cancer cells, sparing healthy tissue, and carries a radioactive payload within reach of the cancer cells' DNA. The high relative biological efficacy of Auger electrons within their short range of action is leveraged to inflict DNA damage and cell death with high precision. The gamma ray emission of 123I-MAPi allows for the imaging of tumor progression and therapy response, and for patient dosimetry calculation. Here we demonstrated the efficacy and specificity of this small molecule radiotheranostic in a complex preclinical model. In vitro and in vivo studies demonstrate high tumor uptake and a prolonged survival in mice treated with 123I-MAPi when compared to vehicle controls. Different methods of drug delivery were investigated to develop this technology for clinical applications, including convection enhanced delivery (CED) and intrathecal injection. Taken together, these results represent the first full characterization of an Auger-emitting PARP inhibitor, demonstrate a survival benefit in mouse models of GBM, and confirm the high potential of 123I-MAPi for clinical translation.

The cellular adhesion receptor αvβ6-integrin is highly expressed in many cancers, e.g., pancreatic, lung, head-and-neck, cervical, bladder, and esophageal carcinoma. Multimerization of αvβ6-integrin-specific RGD peptides increases the target affinity and retention but affects biodistribution and pharmacokinetics. Amide formation of the terminal carboxylic acid moieties of the square-symmetrical bifunctional chelator DOTPI with 3-azidopropylamine yields derivatives with 4, 3, and 2 terminal azides and zero, 1, and 2 remaining carboxylic acids, respectively, whereby formation of the 2-cis-isomer is preferred according to NMR investigation of the Eu(III)-complexes. Cu(II)-catalyzed alkyne-azide cycloaddition (CuAAC) of the alkyne-functionalized αvβ6-integrin binding peptide cyclo[YRGDLAYp(