Abstract Purpose: The CellSearch system (Veridex, Warren, NJ) is designed to enrich and enumerate circulating tumor cells (CTCs) from peripheral blood. Here, we validated the analytic performance of this system for clinical use in patients with metastatic breast cancer. Experimental Design: This prospective multicenter study conducted at three independent laboratories involved samples from 92 patients with metastatic breast cancer. Intra- and inter-assay variability using controls containing defined numbers of cells (average, 50 and 1,000, respectively), cell stability based on varying storage and shipment conditions, recovery precision from samples spiked with 4 to 12 tumor cells, inter-instrument variability, and positivity of samples from metastatic breast cancer patients were tested. Results: Intra- and inter-assay precision for two sites were high: All eight positive controls analyzed in the same run and >95% of the run to run control values (n = 299) were within the specified ranges. Recovery rate of spiked samples averaged between 80% and 82%. CTCs were detected in ∼70% of metastatic breast cancer patients. CTC values of identical samples processed either immediately after blood drawing or after storage for 24, 48, or 72 h at room temperature or at 4°C did not differ significantly. Shipment of samples had no influence on CTC values. When analyzing identical samples in different centers, inter-instrument accordance was high. Conclusions: The CellSearch system enables the reliable detection of CTCs in blood and is suitable for the routine assessment of metastatic breast cancer patients in the clinical laboratory. Blood samples should be shipped at room temperature and CTC counts are stable for at least 72 h.

Abstract Circulating tumor cells (CTC) released into blood from primary cancers and metastases reflect the current status of tumor genotypes, which are prone to changes. Here, we conducted the first comprehensive genomic profiling of CTCs using array–comparative genomic hybridization (CGH) and next-generation sequencing. We used the U.S. Food and Drug Administration–cleared CellSearch system, which detected CTCs in 21 of 37 patients (range, 1–202/7.5 mL sample) with stage IV colorectal carcinoma. In total, we were able to isolate 37 intact CTCs from six patients and identified in those multiple colorectal cancer–associated copy number changes, many of which were also present in the respective primary tumor. We then used massive parallel sequencing of a panel of 68 colorectal cancer–associated genes to compare the mutation spectrum in the primary tumors, metastases, and the corresponding CTCs from two of these patients. Mutations in known driver genes [e.g., adenomatous polyposis coli (APC), KRAS, or PIK3CA] found in the primary tumor and metastasis were also detected in corresponding CTCs. However, we also observed mutations exclusively in CTCs. To address whether these mutations were derived from a small subclone in the primary tumor or represented new variants of metastatic cells, we conducted additional deep sequencing of the primary tumor and metastasis and applied a customized statistical algorithm for analysis. We found that most mutations initially found only in CTCs were also present at subclonal level in the primary tumors and metastases from the same patient. This study paves the way to use CTCs as a liquid biopsy in patients with cancer, providing more effective options to monitor tumor genomes that are prone to change during progression, treatment, and relapse. Cancer Res; 73(10); 2965–75. ©2013 AACR.

Abstract Purpose: This study was aimed at detecting and characterizing circulating tumor cells (CTC) before and after neoadjuvant therapy (NT) in the peripheral blood of patients with breast cancer. Experimental Design: The clinical trial GeparQuattro incorporated NT approaches (epirubicin/cyclophosphamide prior to randomization to docetaxel alone, docetaxel in combination with capecitabine, or docetaxel followed by capecitabine) and additional trastuzumab treatment for patients with HER2-positive tumors. We used the Food and Drug Administration–approved CellSearch system for CTC detection and evaluation of HER2 expression and developed HER2 immunoscoring for CTC. Results: We detected ≥1 CTC/7.5 mL in 46 of 213 patients (21.6%) before NT and in 22 of 207 patients (10.6%) after NT (P = 0.002). Twenty (15.0%) initially CTC-positive cases were CTC-negative after NT, whereas 11 (8.3%) cases were CTC-positive after NT, although no CTC could be found before NT. CTC detection did not correlate with primary tumor characteristics. Furthermore, there was no association between tumor response to NT and CTC detection. HER2-overexpressing CTC were observed in 14 of 58 CTC-positive patients (24.1%), including 8 patients with HER2-negative primary tumors and 3 patients after trastuzumab treatment. CTC scored HER2-negative or weakly HER2-positive before or after NT were present in 11 of 21 patients with HER2-positive primary tumors. HER2 overexpression on CTC was restricted to ductal carcinomas and associated with high tumor stage (P = 0.002). Conclusion: CTC number was low in patients with primary breast cancer. The decrease in CTC incidence during treatment was not correlated with standard clinical characteristics and primary tumor response. Information on the HER2 status of CTC might be helpful for stratification and monitoring of HER2-directed therapies. Clin Cancer Res; 16(9); 2634–45. ©2010 AACR.

Summary

 Breast cancer patients often develop locoregional or distant recurrence years after mastectomy. Understanding the mechanism of metastatic recurrence after dormancy is crucial for improving the cure rate for breast cancer. Here, we characterize a bone metastasis dormancy model to show that aberrant expression of vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1), in part dependent on the activity of the NF-κB pathway, promotes the transition from indolent micrometastasis to overt metastasis. By interacting with the cognate receptor integrin α4β1, VCAM-1 recruits monocytic osteoclast progenitors and elevates local osteoclast activity. Antibodies against VCAM-1 and integrin α4 effectively inhibit bone metastasis progression and preserve bone structure. These findings establish VCAM-1 as a promising target for the prevention and inhibition of metastatic recurrence in bone.

Prior studies of Ki-67, cyclin E, and p16 expression have suggested that these biomarkers may be preferentially expressed in cervical neoplasia. This study examined and compared the distribution of staining for these three antigens in 1) normal and reactive epithelial changes, 2) diagnostically challenging cases (atypical metaplasia and atypical atrophy), 3) squamous intraepithelial lesions (SIL), and 4) high-and low-risk human papilloma virus (HPV) type-specific SIL. One hundred four epithelial foci from 99 biopsies were studied, including low-grade squamous intraepithelial lesions (LSIL; 24), high-grade squamous intraepithelial lesions (HSIL; 36), mature or immature (metaplastic) squamous epithelium (29), and atrophic or metaplastic epithelium with atypia (15). Cases were scored positive for Ki-67 expression if expression extended above the basal one third of the epithelium, for cyclin E if moderate to strong staining was present, and for p16 if moderate to strong diffuse or focal staining was present. HPV status was scored by polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) analysis of extracted DNA. Immunohistochemical findings were correlated with histologic and viral data. Overall, a histologic diagnosis of SIL correlated strongly with all of the biomarkers used (p <0.001). Positive scores for Ki-67, cyclin E, and p16 were seen in 68.4%, 96.7%, and 100% of LSILs and 94.7%, 91.6%, and 100% of HSILs, respectively. Positive predictive values of these three biomarkers for HPV were 82.4%, 89.5%, and 91.4%, respectively. The positive predictive value for HPV of either cyclin E or p16 was 88.7%. Strong diffuse staining for p16 was significantly associated with high-risk HPV-associated lesions. Normal or reactive epithelial changes scored positive for the three biomarkers in 7.7%, 8.0%, and 12%, respectively. Limitations in specificity included minimal or no suprabasal staining for Ki-67 in immature condylomas and occasional suprabasal staining of reactive epithelial changes (10%), diffuse weak nuclear cyclin E staining in some normal or metaplastic epithelia, and diffuse weak basal p16 staining and occasional stronger focal positivity in normal epithelia. Ki-67, cyclin E, and p16 are complementary surrogate biomarkers for HPV-related preinvasive squamous cervical disease. (Because cyclin E and p16 are most sensitive for LSIL and HSIL [including high-risk HPV], respectively, use of these biomarkers in combination for resolving diagnostic problems, with an appreciation of potential background staining, is recommended.)

Abstract Purpose: The incidence and biological characteristics of circulating tumor cells in the blood of patients with breast cancer were examined and subgroups were evaluated in the context of systemic treatment and the presence of disseminated tumor cells in bone marrow. Experimental Design: Circulating tumor cells were isolated from the peripheral blood of patients with breast cancer using a gradient system designed for the enrichment of circulating tumor cells (OncoQuick). Circulating tumor cells were identified with the anti-cytokeratin antibody, A45-B/B3. In subsets of patients, expression of the proliferation-associated Ki-67 antigen in circulating tumor cells and the concomitant presence of micrometastases in bone marrow were examined. Results: In patients with primary breast cancer (stage M0), circulating tumor cells were detected in 5 of 60 patients (8.3%) after surgery and before initiation of adjuvant chemotherapy; a positive correlation to the presence of disseminated tumor cells in bone marrow was observed (P = 0.030, n = 53). During the course of adjuvant chemotherapy, repeated analysis of 20 M0 patients revealed the occurrence of circulating tumor cells in 7 of 16 patients that were initially negative. Patients with metastatic disease (stage M1) showed circulating tumor cells in 25 of 63 cases (39.7%, P &lt; 0.0001 as compared with M0 patients), and a positive finding was correlated with elevated concentrations of the serum tumor marker CA15.3 (P = 0.0093). Performing repeated analysis in a subgroup of 25 M1 patients, circulating tumor cells were found more frequently in patients with progressive disease than in patients with stable disease or remission (87.5% versus 43.8% of patients with circulating tumor cells, respectively; P = 0.047). Independent of the disease-stage, none of the 47 patients examined for the proliferative status of their circulating tumor cells showed coexpression of Ki-67. Conclusions: Circulating tumor cells seem to be nonproliferating cells that persist during chemotherapy. Circulating tumor cell detection is linked to disease progression and elevated tumor marker concentrations in patients with metastatic breast cancer.

In Bacillus subtilis stress proteins are induced in response to different environmental conditions such as heat shock, salt stress, glucose and oxygen limitation or oxidative stress. These stress proteins have been previously grouped into general stress proteins (Gsps) and heat-specific stress proteins (Hsps). In this investigation the N-terminal sequences of 13 stress proteins of B. subtilis were determined. The quantification of the mRNA and the analysis of the protein synthesis pattern support the initial hypothesis that the chaperones DnaK and GroEL are Hsps in B. subtilis. In contrast, the recently described proteins GsiB, Ctc and RsbW belong to a class of Gsps that are induced by various stresses including heat shock. The main part of the Gsps described in this study failed to be induced in the sigB deletion mutant ML6 in response to heat shock. However, all the five Hsps were induced in this mutant in response to heat shock. These data indicate that SigB plays a crucial role in the induction of general stress genes, but is dispensable for the induction of Hsps.

There is a growing body of evidence that HER2 status can change during disease recurrence or progression in breast cancer patients. In this context, re-evaluation of HER2 status by assessment of HER2 expression on circulating tumor cells (CTCs) is a strategy with potential clinical application. The aim of this trial was to determine the HER2 status of CTCs in metastatic breast cancer patients comparing two CTC assays. A total of 254 patients with metastatic breast cancer from nine German university breast cancer centers were enrolled in this prospective study. HER2 status of CTCs was assessed using both the FDA-approved CellSearch® assay and AdnaTest BreastCancer™. Using the CellSearch assay, 122 of 245 (50%) patients had ≥5 CTCs, and HER2-positive CTCs were observed in 50 (41%) of these patients. Ninety of 229 (39%) patients were CTC positive using AdnaTest BreastCancer, and HER2 positivity rate was 47% (42 of 90). The rate of breast cancer patients with HER2-negative primary tumors but HER2-positive CTCs was 32% (25 of 78) and 49% (28 of 57) using the CellSearch assay and AdnaTest BreastCancer, respectively. Considering only those patients who had CTCs on both tests (n = 62), concordant results regarding HER2 positivity were obtained in 50% of the patients (31/62) (P = 0.96, κ = −0.006). HER2-positive CTCs can be detected in a relevant number of patients with HER2 negative primary tumors. Therefore, it will be mandatory to correlate the assay-dependent HER2 status of CTCs to the clinical response on HER2-targeted therapies.

Patients with prostate cancer may present with metastatic or recurrent disease despite initial curative treatment. The propensity of metastatic prostate cancer to spread to the bone has limited repeated sampling of tumor deposits. Hence, considerably less is understood about this lethal metastatic disease, as it is not commonly studied. Here we explored whole-genome sequencing of plasma DNA to scan the tumor genomes of these patients non-invasively.We wanted to make whole-genome analysis from plasma DNA amenable to clinical routine applications and developed an approach based on a benchtop high-throughput platform, that is, Illuminas MiSeq instrument. We performed whole-genome sequencing from plasma at a shallow sequencing depth to establish a genome-wide copy number profile of the tumor at low costs within 2 days. In parallel, we sequenced a panel of 55 high-interest genes and 38 introns with frequent fusion breakpoints such as the TMPRSS2-ERG fusion with high coverage. After intensive testing of our approach with samples from 25 individuals without cancer we analyzed 13 plasma samples derived from five patients with castration resistant (CRPC) and four patients with castration sensitive prostate cancer (CSPC).The genome-wide profiling in the plasma of our patients revealed multiple copy number aberrations including those previously reported in prostate tumors, such as losses in 8p and gains in 8q. High-level copy number gains in the AR locus were observed in patients with CRPC but not with CSPC disease. We identified the TMPRSS2-ERG rearrangement associated 3-Mbp deletion on chromosome 21 and found corresponding fusion plasma fragments in these cases. In an index case multiregional sequencing of the primary tumor identified different copy number changes in each sector, suggesting multifocal disease. Our plasma analyses of this index case, performed 13 years after resection of the primary tumor, revealed novel chromosomal rearrangements, which were stable in serial plasma analyses over a 9-month period, which is consistent with the presence of one metastatic clone.The genomic landscape of prostate cancer can be established by non-invasive means from plasma DNA. Our approach provides specific genomic signatures within 2 days which may therefore serve as 'liquid biopsy'.