Background & AimsWe aimed to investigate the clinical utility of circulating tumor cell DNA (ctDNA) and exosome DNA (exoDNA) in pancreatic cancer.MethodsWe collected liquid biopsy samples from 194 patients undergoing treatment for localized or metastatic pancreatic adenocarcinoma from April 7, 2015, through October 13, 2017 (425 blood samples collected before [baseline] and during therapy). Additional liquid biopsy samples were collected from 37 disease control individuals. Droplet digital polymerase chain reaction was used to determine KRAS mutant allele fraction (MAF) from ctDNA and exoDNA purified from plasma. For the longitudinal analysis, we analyzed exoDNA and ctDNA in 123 serial blood samples from 34 patients. We performed analysis including Cox regression, Fisher exact test, and Bayesian inference to associate KRAS MAFs in exoDNA and ctDNA with prognostic and predictive outcomes.ResultsIn the 34 patients with potentially resectable tumors, an increase in exoDNA level after neoadjuvant therapy was significantly associated with disease progression (P = .003), whereas ctDNA did not show correlations with outcomes. Concordance rates of KRAS mutations present in surgically resected tissue and detected in liquid biopsy samples were greater than 95%. On univariate analysis, patients with metastases and detectable ctDNA at baseline status had significantly shorter times of progression-free survival (PFS) (hazard ratio [HR] for death, 1.8; 95% CI, 1.1–3.0; P = .019), and overall survival (OS) (HR, 2.8; 95% CI, 1.4–5.7; P = .0045) compared with patients without detectable ctDNA. On multivariate analysis, MAFs ≥5% in exoDNA were a significant predictor of PFS (HR, 2.28; 95% CI, 1.18–4.40; P = .014) and OS (HR, 3.46; 95% CI, 1.40–8.50; P = .007). A multianalyte approach showed detection of both ctDNA and exoDNA MAFs ≥5% at baseline status to be a significant predictor of OS (HR, 7.73, 95% CI, 2.61–22.91, P = .00002) on multivariate analysis. In the longitudinal analysis, an MAF peak above 1% in exoDNA was significantly associated with radiologic progression (P = .0003).ConclusionsIn a prospective cohort of pancreatic cancer patients, we show how longitudinal monitoring using liquid biopsy samples through exoDNA and ctDNA provides both predictive and prognostic information relevant to therapeutic stratification. We aimed to investigate the clinical utility of circulating tumor cell DNA (ctDNA) and exosome DNA (exoDNA) in pancreatic cancer. We collected liquid biopsy samples from 194 patients undergoing treatment for localized or metastatic pancreatic adenocarcinoma from April 7, 2015, through October 13, 2017 (425 blood samples collected before [baseline] and during therapy). Additional liquid biopsy samples were collected from 37 disease control individuals. Droplet digital polymerase chain reaction was used to determine KRAS mutant allele fraction (MAF) from ctDNA and exoDNA purified from plasma. For the longitudinal analysis, we analyzed exoDNA and ctDNA in 123 serial blood samples from 34 patients. We performed analysis including Cox regression, Fisher exact test, and Bayesian inference to associate KRAS MAFs in exoDNA and ctDNA with prognostic and predictive outcomes. In the 34 patients with potentially resectable tumors, an increase in exoDNA level after neoadjuvant therapy was significantly associated with disease progression (P = .003), whereas ctDNA did not show correlations with outcomes. Concordance rates of KRAS mutations present in surgically resected tissue and detected in liquid biopsy samples were greater than 95%. On univariate analysis, patients with metastases and detectable ctDNA at baseline status had significantly shorter times of progression-free survival (PFS) (hazard ratio [HR] for death, 1.8; 95% CI, 1.1–3.0; P = .019), and overall survival (OS) (HR, 2.8; 95% CI, 1.4–5.7; P = .0045) compared with patients without detectable ctDNA. On multivariate analysis, MAFs ≥5% in exoDNA were a significant predictor of PFS (HR, 2.28; 95% CI, 1.18–4.40; P = .014) and OS (HR, 3.46; 95% CI, 1.40–8.50; P = .007). A multianalyte approach showed detection of both ctDNA and exoDNA MAFs ≥5% at baseline status to be a significant predictor of OS (HR, 7.73, 95% CI, 2.61–22.91, P = .00002) on multivariate analysis. In the longitudinal analysis, an MAF peak above 1% in exoDNA was significantly associated with radiologic progression (P = .0003). In a prospective cohort of pancreatic cancer patients, we show how longitudinal monitoring using liquid biopsy samples through exoDNA and ctDNA provides both predictive and prognostic information relevant to therapeutic stratification.

Tumour-derived extracellular vesicles (EVs) are of increasing interest as a resource of diagnostic biomarkers. However, most EV assays require large samples and are time-consuming, low-throughput and costly, and thus impractical for clinical use. Here, we describe a rapid, ultrasensitive and inexpensive nanoplasmon-enhanced scattering (nPES) assay that directly quantifies tumour-derived EVs from as little as 1 μl of plasma. The assay uses the binding of antibody-conjugated gold nanospheres and nanorods to EVs captured by EV-specific antibodies on a sensor chip to produce a local plasmon effect that enhances tumour-derived EV detection sensitivity and specificity. We identified a pancreatic cancer EV biomarker, ephrin type-A receptor 2 (EphA2), and demonstrate that an nPES assay for EphA2-EVs distinguishes pancreatic cancer patients from pancreatitis patients and healthy subjects. EphA2-EVs were also informative in staging tumour progression and in detecting early responses to neoadjuvant therapy, with better performance than a conventional enzyme-linked immunosorbent assay. The nPES assay can be easily refined for clinical use, and readily adapted for diagnosis and monitoring of other conditions with disease-specific EV biomarkers. A rapid, inexpensive and ultrasensitive assay that uses antibody-conjugated nanoparticle probes on the surface of a sensor chip quantifies tumour-derived extracellular vesicles to detect pancreatic cancer from 1 μl of blood plasma.

Standard therapies for localized inoperable intrahepatic cholangiocarcinoma (IHCC) are ineffective. Advances in radiotherapy (RT) techniques and image guidance have enabled ablative doses to be delivered to large liver tumors. This study evaluated the effects of RT dose escalation in the treatment of IHCC.Seventy-nine consecutive patients with inoperable IHCC were identified and treated with definitive RT from 2002 to 2014. At diagnosis, the median tumor size was 7.9 cm (range, 2.2 to 17 cm). Seventy patients (89%) received systemic chemotherapy before RT. RT doses were 35 to 100 Gy (median, 58.05 Gy) in three to 30 fractions for a median biologic equivalent dose (BED) of 80.5 Gy (range, 43.75 to 180 Gy).Median follow-up time for patients alive at time of analysis was 33 months (range, 11 to 93 months). Median overall survival (OS) time after diagnosis was 30 months; 3-year OS rate was 44%. Radiation dose was the single most important prognostic factor; higher doses correlated with an improved local control (LC) rate and OS. The 3-year OS rate for patients receiving BED greater than 80.5 Gy was 73% versus 38% for those receiving lower doses (P = .017); 3-year LC rate was significantly higher (78%) after a BED greater than 80.5 Gy than after lower doses (45%, P = .04). BED as a continuous variable significantly affected LC (P = .009) and OS (P = .004). There were no significant treatment-related toxicities.Delivery of higher doses of RT improves LC and OS in inoperable IHCC. A BED greater than 80.5 Gy seems to be an ablative dose of RT for large IHCCs, with long-term survival rates that compare favorably with resection.

A silicon-based microparticle that delivers doxorubicin nanoparticles improves the efficacy of breast cancer chemotherapy. The efficacy of cancer drugs is often limited because only a small fraction of the administered dose accumulates in tumors. Here we report an injectable nanoparticle generator (iNPG) that overcomes multiple biological barriers to cancer drug delivery. The iNPG is a discoidal micrometer-sized particle that can be loaded with chemotherapeutics. We conjugate doxorubicin to poly(L-glutamic acid) by means of a pH-sensitive cleavable linker, and load the polymeric drug (pDox) into iNPG to assemble iNPG-pDox. Once released from iNPG, pDox spontaneously forms nanometer-sized particles in aqueous solution. Intravenously injected iNPG-pDox accumulates at tumors due to natural tropism and enhanced vascular dynamics and releases pDox nanoparticles that are internalized by tumor cells. Intracellularly, pDox nanoparticles are transported to the perinuclear region and cleaved into Dox, thereby avoiding excretion by drug efflux pumps. Compared to its individual components or current therapeutic formulations, iNPG-pDox shows enhanced efficacy in MDA-MB-231 and 4T1 mouse models of metastatic breast cancer, including functional cures in 40–50% of treated mice.

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) tumors are characterized by a desmoplastic reaction and dense collagen that is known to promote cancer progression. A central mediator of pro-tumorigenic collagen signaling is the receptor tyrosine kinase discoid domain receptor 1 (DDR1). DDR1 is a critical driver of a mesenchymal and invasive cancer cell PDAC phenotype. Previous studies have demonstrated that genetic or pharmacologic inhibition of DDR1 prevents PDAC tumorigenesis and metastasis. Here, we investigated whether DDR1 signaling has cancer cell non-autonomous effects that promote PDAC progression and metastasis. We demonstrate that collagen-induced DDR1 activation in cancer cells is a major stimulus for CXCL5 production, resulting in the recruitment of tumor-associated neutrophils (TANs), the formation of neutrophil extracellular traps (NETs) and subsequent cancer cell invasion and metastasis. Moreover, we have identified that collagen-induced CXCL5 production was mediated by a DDR1-PKCθ-SYK-NFκB signaling cascade. Together, these results highlight the critical contribution of collagen I-DDR1 interaction in the formation of an immune microenvironment that promotes PDAC metastasis. Summary Deng et al find that collagen signaling via DDR1 on human pancreatic cancer cells drives production and release of the cytokine, CXCL5, into systemic circulation. CXCL5 then triggers infiltration of neutrophils into the tumor where they promote cancer cell progression.

Pancreatic cancer is a highly lethal disease whose aggressive biology that is driven by mitochondrial oxidative metabolism. Mitochondria normally form a network of fused organelles, but we find that patient-derived and genetically engineered murine pancreatic cancer cells exhibit highly fragmented mitochondria with robust oxygen consumption rates (OCR). When mitochondrial fusion was activated by the genetic or pharmacological inhibition Drp1, the morphology and metabolism of human and murine pancreatic cancer cells more closely resembled that of normal pancreatic epithelial cells. This reduced metabolism was correlated with slower tumor growth, fewer metastases, and enhanced survival in a syngeneic orthotopic model. Similarly, directly activating mitochondrial fusion by overexpression of Mfn2 also reduced tumor growth and metastases. Mitochondrial fusion in pancreatic cancer cells was associated with reduced mitochondrial mass and Complex I expression and function. Thus, these data suggest that enhancing mitochondrial fusion through Drp1 inhibition or enhanced Mfn2 expression or function has strong tumor suppressive activity against pancreatic cancer and may thus represent a highly novel and efficacious therapeutic target.

3513 Background: Prior HPV infection is associated with > 90% of anal cancers, a malignancy with rising incidence in the United States. Standard treatment for localized anal cancer is concurrent chemoradiation (cRT). While detection of circulating tumor DNA (ctDNA) within weeks after surgery is linked to recurrence in other solid tumors, the optimal time point for ctDNA detection as a prognostic biomarker following cRT for HPV-associated anogenital cancers is not well characterized. We utilized a novel, highly sensitive HPV ctDNA assay to evaluate clinical outcomes according to HPV ctDNA status among patients with localized anal cancer treated with cRT. Methods: ctDNA was isolated from patients with stages I-III anal cancer treated at our institution with cRT prior to treatment, at the end of treatment (week 5), and at months 3, 6, 9, and 12 after treatment under an IRB-approved protocol. A droplet digital HPV ctDNA PCR assay evaluating HPV E6 and E7 oncogenes for 13 oncogenic HPV types was utilized for quantification of HPV ctDNA. A limit of quantification at 16 HPV copies/mL plasma was set for “HPV ctDNA detection.” Median recurrence-free survival (RFS) according to HPV ctDNA status was estimated via Kaplan-Meier and compared using a log-rank test. Associations between selected clinical factors and recurrence were evaluated with a Chi-square test, with a one-sided p < .05 considered significant. Results: Following cRT, HPV ctDNA was detected in 9/41 (22%), 4/30 (13%), 2/20 (10%), and 0/12 (0%) patients at week 5 and months 3, 6, and 12, respectively. Detection of HPV ctDNA 3 months after cRT was associated with clinical recurrence (100% versus 8%; odds ratio 88, 95% CI 4-2000; p = .006) and inferior RFS (5.9 months vs not reached (NR); hazard ratio (HR) 24, 95% CI 1.2-475; p < .001) relative to HPV ctDNA-negative status. Differences in RFS according to HPV ctDNA status were not observed at week 5/end of treatment (median RFS NR for both; HR 2.4, 95% CI .5-10; p = .15). At month 3, sensitivity and specificity for recurrence according to HPV ctDNA detection were 57% and 100%, respectively, with a PPV and NPV of 100% and 89%, respectively. Baseline clinical stage, T stage, N stage, age, and gender were not associated with clinical recurrence after cRT (p > .25 for all). Conclusions: With a novel, highly sensitive assay, detection of HPV ctDNA at 3 months after cRT was associated with RFS. Further, an HPV ctDNA-positive status outperformed baseline clinical features for prognosticating anal cancer recurrence after cRT in this retrospective series. Future clinical trials should incorporate the 3-month post-treatment time point for identification of patients with HPV-positive anal cancer at elevated risk for recurrence according to HPV ctDNA status. A clinical trial evaluating anti-PD-L1 + anti-TIGIT immunotherapy for patients with HPV-associated cancers with detected HPV ctDNA after cRT is forthcoming at our institution.

ABSTRACT Cancers are highly complex ecosystems composed of molecularly distinct sub-populations of tumor cells, each exhibiting a unique spectrum of genetic features and phenotypes, and embedded within a complex organ context. To substantially improve clinical outcomes, there is a need to comprehensively define inter- and intra-tumor phenotypic diversity, as well as to understand the genetic dependencies that underlie discrete molecular subpopulations. To this end, we integrated CRISPR-based co-dependency annotations with a tissue-specific co-expression network developed from patient-derived models to establish CoDEX, a framework to quantitatively associate gene-cluster patterns with genetic vulnerabilities in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Using CoDEX, we defined multiple prominent anticorrelated gene-cluster signatures and specific pathway dependencies, both across genetically distinct PDAC models and intratumorally at the single-cell level. Of these, one differential signature recapitulated the characteristics of classical and basal-like PDAC molecular subtypes on a continuous scale. Anchoring genetic dependencies identified through functional genomics within the gene-cluster signature defined fundamental vulnerabilities associated with transcriptomic signatures of PDAC subtypes. Subtype-associated dependencies were validated by feature-barcoded CRISPR knockout of prioritized basal-like-associated genetic vulnerabilities ( SMAD4 , ILK , and ZEB1 ) followed by scRNAseq in multiple PDAC models. Silencing of these genes resulted in a significant and directional clonal shift toward the classical-like signature of more indolent tumors. These results validate CoDEX as a novel, quantitative approach to identify specific genetic dependencies within defined molecular contexts that may guide clinical positioning of targeted therapeutics.

Stereotactic body radiotherapy SBRT is a common practice for consolidation in pancreatic cancer, but the currently used dose of 33Gy/5fx is considered inadequate for long term control. Given these data, we initiated a phase I/II adaptive dose escalation trial using stereotactic body radiation therapy (SBRT) for LAPC (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT03340974). In preparation, we undertook this dosimetric feasibility study to determine the maximum deliverable biological effective dose (BED) using dose escalated SBRT (DE-SBRT) while maintaining standard organ at risk (OAR) constraints to gastrointestinal (GI) mucosa. Our goal was to evaluate the feasibility of DE-SBRT in 2 separate cohorts of patients, one treated with DE-IMRT and the other treated with SD-SBRT. This article is a step-by-step guide to simulation, contouring, treatment planning, and treatment delivery for simultaneous integrated boost technique to pancreatic tumors based on our approach. We performed dosimetric planning studies to determine the highest reasonably achievable dose in five fractions, while respecting standard OAR constraints. Indeed, we show that it is possible and feasible to deliver up to 12Gyx5fx (60Gy total) to the GTV of pancreatic tumors while not significantly exceeding the dosimetric paramters used to treat tumors with much more typical and modest dose (33Gy/5fx). We believe our study will provide a helpful guide to radiation oncologists wishing to implement this dose-escalated technique in their practice. These higher doses could lead to improved oncologic control without compromising patient safety, and could be particularly useful for those centers using MR-LINAC. Clinical trial registration ID #NCT03340974