Radiation therapy, a standard treatment option for many cancer patients, induces DNA double strand breaks (DSBs), leading to cell death. Ataxia telangiectasia mutated (ATM) kinase is a key regulator of DSB repair, and ATM inhibitors are being explored as radiosensitizers for various tumors, including primary and metastatic brain tumors. Efficacy of radiosensitizers for brain tumors may be influenced by a lack of effective drug delivery across the blood-brain barrier (BBB). The objective of this study was to evaluate the systemic pharmacokinetics and mechanisms that influence the CNS distribution of WSD0628, a novel and potent ATM inhibitor, in the mouse. Further, we have used these observations to form the basis of predicting effective exposures for clinical application. We observed a greater than dose proportional increase in exposure, likely due to saturation of clearance processes. Our results show that WSD0628 is orally bioavailable and CNS penetrant, with unbound partitioning in CNS (i.e., Kp

Abstract Formalin fixed paraffin embedded (FFPE) tissues are an invaluable source of clinical specimens. Tyrosine phosphorylation (pTyr) plays a fundamental role in cellular processes and is commonly dysregulated in cancer but has not been studied to date in FFPE samples. We describe a method for quantitative analysis of pTyr signaling networks at an unprecedented sensitivity, with hundreds of sites quantified from 1-2 10-μm sections of FFPE tissue specimens. Phosphotyrosine profiles of flash frozen and FFPE tissues derived from the same tumors suggest that FFPE tissues preserve pTyr signaling characteristics in PDX tumors and archived clinical specimens. Differential activation of oncogenic proteins was observed in triple negative breast cancer tumors as well as lung cancer tumors, highlighting patient specific oncogenic driving kinases and indicating potential targeted therapies for each patient. These data highlight the capability for direct translational insight from pTyr analysis of small amounts of FFPE tumor tissue specimens.

Abstract Glioblastoma is the most malignant primary brain tumor with significant heterogeneity and a limited number of effective therapeutic options. Many investigational targeted therapies have failed in clinical trials, but it remains unclear if this results from insensitivity to therapy or poor drug delivery across the blood-brain barrier. Using well-established EGFR-amplified patient-derived xenograft (PDX) cell lines, we investigated this question using an EGFR-directed therapy. With only bioluminescence imaging, we used a mathematical model to quantify the heterogeneous treatment response across the three PDX lines (GBM6, GBM12, GBM39). Our model estimated the primary cause of intracranial treatment response for each of the lines, and these findings were validated with parallel experimental efforts. This mathematical modeling approach can be used as a useful complementary tool that can be widely applied to many more PDX lines. This has the potential to further inform experimental efforts and reduce the cost and time necessary to make experimental conclusions. Author summary Glioblastoma is a deadly brain cancer that is difficult to treat. New therapies often fail to surpass the current standard of care during clinical trials. This can be attributed to both the vast heterogeneity of the disease and the blood-brain barrier, which may or may not be disrupted in various regions of tumors. Thus, while some cancer cells may develop insensitivity in the presence of a drug due to heterogeneity, other tumor areas are simply not exposed to the drug. Being able to understand to what extent each of these is driving clinical trial results in individuals may be key to advancing novel therapies. To address this challenge, we used mathematical modeling to study the differences between three patient-derived tumors in mice. With our unique approach, we identified the reason for treatment failure in each patient tumor. These results were validated through rigorous and time-consuming experiments, but our mathematical modeling approach allows for a cheaper, quicker, and widely applicable way to come to similar conclusions.

2071 Background: Brigimadlin (BI 907828) is a potent small molecule inhibitor of the p53-MDM2 pathway currently in a phase 0/1 clinical trial in combination with radiotherapy in newly diagnosed MGMTunmethylated glioblastoma (GBM). To inform development of brigimadlin for GBM, we developed a pharmacokinetic (PK)/ pharmacodynamic (PD)/ efficacy model using GBM patient derived xenografts (PDXs). Methods: Brigimadlin PK parameters were evaluated in FVB wild-type and knockout (Mdr1a/b -/- Bcrp1 -/- ) mice and in athymic nude mice. Drug binding was measured by rapid equilibrium dialysis, and drug levels quantified by LC/MS-MS. Dose-response relationships were evaluated in subcutaneous and orthotopic PDXs across a range of doses. Response to brigimadlin (2 mg/kg weekly) +/- RT (2 Gy x 10 fractions) was evaluated in orthotopic PDXs. Results: Brigimadlin significantly delayed median time to regrowth of GBM108 ( MDM2amplified) subcutaneous tumors (vs. placebo; p<0.05) at dose levels of 0.25 mg/kg (1.3-fold), 0.5 mg/kg (1.5-fold), 1 mg/kg (2.6-fold), and 2 mg/kg (5.3-fold). A single dose of brigimadlin resulted in corresponding intra-tumoral drug levels 24 hours post-dose: 84 nM (0.25 mg/kg), 175 nM (0.5 mg/kg), 398 nM (1 mg/kg) and 924 nM (2 mg/kg) and dose-dependent upregulation of p53 target genes (p21 and PUMA). In contrast, GBM14 ( MDM2non-amplified) showed regrowth delay (1.6-fold) only at 2 mg/kg (p=0.008). Brigimadlin was highly bound (fraction unbound = 0.0006 in brain; 0.0017 in GBM tumor tissue), and CNS distribution was limited by efflux; in wild-type mice Kp,uu_brain = 0.002 ± 0.003; in Mdr1a/b -/- Bcrp1 -/- mice Kp,uu = 0.043 ± 0.025. Efficacy of brigimadlin was compared in orthotopic GBM108 PDXs grown in athymic nude mice vs. immuno/efflux-deficient (Rag2 -/- Mdr1a -/- Bcrp1 -/- ) mice. In nude mice, median survival was extended at 2 mg/kg brigimadlin (1.4-fold, p=0.009), with corresponding intra-tumoral drug levels of 29 nM. In efflux deficient mice, median survival was extended (p<0.05) at 0.25 mg/kg (1.5-fold), 0.5 mg/kg (1.5-fold), 1 mg/kg (1.8-fold), and 2 mg/kg (>4-fold). Measurement of intra-tumoral drug levels is in progress. In combination with RT in GBM108, brigimadlin (2 mg/kg x 2 weeks) extended median survival vs. vehicle (66 vs. 50 days; p=0.012) and enhanced median survival following RT (128.5 vs. 82 days; p=0.009). In GBM14, 2 mg/kg brigimadlin (2 mg/kg x 12 weeks) extended median survival (39.5 vs. 32.5 days; p=0.0004) and enhanced survival following RT (97 vs. 81 days; p<0.0001). Conclusions: Efficacy of brigimadlin is dependent on adequate CNS delivery. Studies in subcutaneous PDX demonstrated intra-tumoral total drug levels in the mid-nanomolar range provide meaningful tumor effects in a highly sensitive, MDM2 amplified PDX. In orthotopic PDXs with and without MDM2 amplification, brigimadlin provided further benefit in combination with RT. These data support ongoing clinical evaluation of brigimadlin in GBM.

2012 Background: Navtemadlin (nvtm) is a potent, selective, orally available small molecule inhibitor of murine double minute 2 homologue (MDM2), which has completed a Ph 0 surgical window of opportunity study in glioblastoma, IDH-wildtype (GBM; Lee SNO 2022). To optimally interpret the clinical data, an extensive evaluation of nvtm PK, PD, and efficacy was performed in GBM patient derived xenografts (PDXs). Methods: Response to nvtm +/- radiotherapy (RT) was characterized in vitro and in vivo across a panel of GBM PDXs with various TP53 and MDM2 alterations. Efficacy, PK, and PD were evaluated in flank or orthotopic PDX models. p53 pathway activation was evaluated by qPCR, Western blot, and IHC. Nvtm brain penetration was evaluated in immunodeficient abcb1a/b -/- (P-glycoprotein; P-gp), abcg2 -/- (BCRP), or double-knockout mice. Binding was assessed by rapid equilibrium dialysis, and nvtm concentrations by LC/MS-MS and MALDI-MSI. Results: Nvtm decreased in vitro viability of TP53 WT GBM PDX explant cultures with IC 50 s <100 nM, but was ineffective in TP53-mutant GBM. In flank PDX models, nvtm (100 mg/kg daily for 4 weeks) delayed tumor regrowth by 1.9 to 4.8-fold in TP53 WT PDXs without MDM2amplification (n=9 models), and more markedly by 20.1 to 29.4-fold in MDM2amplified models (n=4; 2 PDXs did not recur). In a flank PDX dose-response study, nvtm delayed the growth of MDM2amplified GBM108 at 25 mg/kg vs. placebo (61 vs. 11 days; p=0.014; mean intra-tumoral nvtm = 590 nM). In contrast, growth of MDM2 non-amplified GBM14 was delayed only at 100 mg/kg (37 vs. 15 days; p=0.082; mean intra-tumoral nvtm = 2990 nM). In both flank models, p53 target gene upregulation was similar between 25 and 100 mg/kg and did not correlate with regrowth. Nvtm was highly bound (fraction unbound = 0.090 in culture media and 0.014 in GBM tissue homogenate). In mice after oral dosing, distribution to CNS was limited by P-gp, with a brain to plasma ratio of 0.009 and unbound ratio of 0.005, whereas BCRP deficiency did not affect CNS distribution. With orthotopic GBM108, nvtm efficacy was evaluated in nude vs. efflux-deficient mice. In nude mice, nvtm was ineffective at doses up to 100 mg/kg; however, in efflux deficient mice, the mean intra-tumoral nvtm level at 25 mg/kg was similar to flank tumors (690 nM) and survival was significantly extended (134 vs. 62 days, p=0.0002) with additional benefit at 100 mg/kg (>300 vs. 62 days, p=0.002). Conclusions: Nvtm showed significant efficacy in TP53 WT GBM flank PDX models but efficacy in orthotopic PDX was highly dependent on CNS penetration. Targeting nvtm levels based on the in vitroIC 50 may significantly underestimate the in vivo effective concentration . In vivo studies showed lower intra-tumoral nvtm levels are required to significantly inhibit growth of MDM2amplified compared with non-amplified tumors.

Glioblastoma heterogeneity and plasticity remain controversial, with proposed subtypes representing the average of highly heterogeneous admixtures of independent transcriptional states. Single-cell, protein-activity-based analysis allowed full quantification of >6,000 regulatory and signaling proteins, thus providing a previously unattainable single-cell characterization level. This helped identify four novel, molecularly distinct subtypes that successfully harmonize across multiple GBM datasets, including previously published bulk and single-cell profiles and single cell profiles from seven orthotopic PDX models, representative of prior subtype diversity. GBM is thus characterized by the plastic coexistence of single cells in two mutually-exclusive developmental lineages, with additional stratification provided by their proliferative potential. Consistently, all previous subtypes could be recapitulated by single-cell mixtures drawn from newly identified states. Critically, drug sensitivity was predicted and validated as highly state- dependent, both in single-cell assays from patient-derived explants and in PDX models, suggesting that successful treatment requires combinations of multiple drugs targeting these distinct tumor states.

Abstract ATM inhibitors are being developed as radiosensitizers to improve the antitumor effects of radiotherapy, but ATM inhibition can also radiosensitize normal tissues. Therefore, understanding the elevated risk for normal tissue toxicities is critical for radiosensitizer development. This study focused on modeling the relationship between acute mucosal toxicity, radiation dose, fractionation schedule, and radiosensitizer exposure. The ATM inhibitor WSD0628 was combined with single or fractionated doses of radiation delivered to the oral cavity or esophagus of FVB mice. The potentiation by WSD0628 was quantified by a sensitizer enhancement ratio (SER), which describes the changes in radiation tolerance for radiation combined with WSD0628 relative to radiation-only regimens. WSD0628 profoundly enhanced radiation-induced acute oral and esophageal toxicities. For oral mucosal toxicity, the enhancement by WSD0628 with 3 fractions of radiation resulted in an SER ranging from 1.3 (0.25 mg/kg) to 3.1 (7.5 mg/kg). For the 7.5 mg/kg combination, the SER increased with increasing number of fractions from 2.2 (1 fraction) to 4.3 (7 fractions) for oral toxicity and from 2.2 (1 fraction) to 3.6 (3 fractions) for esophageal toxicity, which reflects a loss of the normal tissue sparing benefit of fractionated radiation. These findings were used to develop a modified biologically effective dose model to determine alternative radiation schedules with or without WSD0628 that result in similar levels of toxicity. Successful radiosensitizer dose-escalation to maximally effective therapeutic dose will require careful deliberation of tumor site and reduction of radiation dose-volume limits for organs at risk.

Glioblastoma (GBM) is a disease of the whole brain, with infiltrative tumor cells protected by an intact BBB. GBM has a poor prognosis despite aggressive treatment, in part due to lack of adequate drug permeability at the BBB. Standard of care GBM therapies include radiation and cytotoxic chemotherapy that lead to DNA damage. Subsequent activation of DNA damage response (DDR) pathways can induce resistance. Various DDR inhibitors, targeting the key regulators of these pathways such as ataxia telangiectasia mutated and Rad3-related (ATR), are being explored as radio- and chemo-sensitizers. Elimusertib, a novel ATR kinase inhibitor, can prevent repair of damaged DNA, increasing efficacy of DNA damaging cytotoxic therapies. Robust synergy was observed