Summary

 The immune system is critical in modulating cancer progression, but knowledge of immune composition, phenotype, and interactions with tumor is limited. We used multiplexed ion beam imaging by time-of-flight (MIBI-TOF) to simultaneously quantify in situ expression of 36 proteins covering identity, function, and immune regulation at sub-cellular resolution in 41 triple-negative breast cancer patients. Multi-step processing, including deep-learning-based segmentation, revealed variability in the composition of tumor-immune populations across individuals, reconciled by overall immune infiltration and enriched co-occurrence of immune subpopulations and checkpoint expression. Spatial enrichment analysis showed immune mixed and compartmentalized tumors, coinciding with expression of PD1, PD-L1, and IDO in a cell-type- and location-specific manner. Ordered immune structures along the tumor-immune border were associated with compartmentalization and linked to survival. These data demonstrate organization in the tumor-immune microenvironment that is structured in cellular composition, spatial arrangement, and regulatory-protein expression and provide a framework to apply multiplexed imaging to immune oncology.

8078 Background: Translation of ctDNA MRD in NSCLC has been hampered by suboptimal sensitivity of 1st-generation assays. Here, we explore how improvements in analytical sensitivity can drive improved clinical sensitivity for MRD after surgery in NSCLC. Methods: To understand MRD kinetics, we analyzed longitudinal ctDNA in early stage NSCLC using data from the TRACERx study. Patient-specific mathematical models were generated to predict MRD levels at the postsurgical landmark and estimate the impact of an assay’s 95% limit of detection (LOD95) on clinical sensitivity. To test these predictions, tumor-informed ctDNA testing was performed using an SNV-based assay (CAPP-Seq) and a phased variant-based assay (PhasED-Seq, Foresight Diagnostics) on 269 samples from 46 patients. We also assessed MRD performance for predicting 1) patient outcomes at the landmark timepoint and 2) the effect of adjuvant treatment. Results: ctDNA MRD dynamics were assessed in 23 patients from TRACERx with ≥3 consecutive samples with detectable ctDNA without intervening therapy. MRD kinetics strongly correlated with exponential growth, with a median ctDNA doubling time of 51 days. Extrapolating MRD levels to the postsurgical landmark predicted that improving MRD assay LOD95 from 100 ppm (0.01%) to 1 ppm could increase clinical sensitivity by 2.1-fold. We then evaluated 46 NSCLC cases using two assays. The median LOD95 was 1 ppm for PhasED-Seq and 84 ppm for CAPP-Seq. Twelve cases were MRD+ by PhasED-Seq, all of whom recurred (100%), with MRD levels as low as 0.19 ppm. In contrast, 6 cases were MRD+ by the SNV-based approach, of whom 5 (83%) recurred. Accordingly, PhasED-Seq had a higher clinical sensitivity than the SNV-based method (12/18 [67%] vs. 5/18 [28%], P = 0.022). Kaplan Meier analysis for freedom from recurrence revealed significantly worse outcomes for patients with detectable MRD regardless of the method used; however, outcomes were better stratified using PhasED-Seq (HR 3.1 vs. 11.4). Patients who were MRD- after surgery by both assays had similar outcomes regardless of adjuvant therapy (chemotherapy and/or radiotherapy). However, MRD+ patients by PhasED-Seq receiving adjuvant therapy had significantly better outcomes than those who did not (HR 8.2, P = 0.00035). A similar benefit for adjuvant therapy was not observed with the SNV-based assay. Using PhasED-Seq, 80% (4/5) of MRD+ patients receiving adjuvant therapy cleared their MRD, compared to 0% (0/3) without adjuvant treatment. Conclusions: Ultrasensitive ctDNA detection improved the clinical sensitivity of MRD at key landmarks in early stage NSCLC. PhasED-Seq detected MRD at levels below 1 ppm and was associated with significantly better outcomes, revealing potential benefits of adjuvant therapy in MRD+ patients. This suggests that ultrasensitive MRD detection is promising for use in risk-adapted trials in early stage NSCLC.

Abstract Purpose: Even though BRAF fusions are increasingly detected in standard multigene next-generation sequencing panels, few reports have explored their structure and impact on clinical course. Experimental Design: We collected data from patients with BRAF fusion–positive cancers identified through a genotyping protocol of 97,024 samples. Fusions were characterized and reviewed for oncogenic potential (in-frame status, non-BRAF partner gene, and intact BRAF kinase domain). Results: We found 241 BRAF fusion–positive tumors from 212 patients with 82 unique 5′ fusion partners spanning 52 histologies. Thirty-nine fusion partners were not previously reported, and 61 were identified once. BRAF fusion incidence was enriched in pilocytic astrocytomas, gangliogliomas, low-grade neuroepithelial tumors, and acinar cell carcinoma of the pancreas. Twenty-four patients spanning multiple histologies were treated with MAPK-directed therapies, of which 20 were evaluable for RECIST. Best response was partial response (N = 2), stable disease (N = 11), and progressive disease (N = 7). The median time on therapy was 1 month with MEK plus BRAF inhibitors [(N = 11), range 0–18 months] and 8 months for MEK inhibitors [(N = 14), range 1–26 months]. Nine patients remained on treatment for longer than 6 months [pilocytic astrocytomas (N = 6), Erdheim–Chester disease (N = 1), extraventricular neurocytoma (N = 1), and melanoma (N = 1)]. Fifteen patients had acquired BRAF fusions. Conclusions: BRAF fusions are found across histologies and represent an emerging actionable target. BRAF fusions have a diverse set of fusion partners. Durable responses to MAPK therapies were seen, particularly in pilocytic astrocytomas. Acquired BRAF fusions were identified after targeted therapy, underscoring the importance of postprogression biopsies to optimize treatment at relapse in these patients.

No definitive answers currently exist regarding optimal first-line therapy for HER2-mutant NSCLC. Access to rapid tissue sequencing is a major barrier to precision drug development in the first-line setting. ctDNA analysis has the potential to overcome these obstacles and guide treatment.

Abstract Comprehensive molecular profiling by next-generation sequencing has revolutionized tumor classification and biomarker evaluation. However, routine implementation is challenged by the scant nature of diagnostic material obtained through minimally invasive procedures. Here, we describe our long-term experience in profiling cytology samples with an in-depth assessment of the performance, quality metrics, biomarker identification capabilities, and potential pitfalls. We highlight the impact of several optimization strategies to maximize performance with 4,871 prospectively sequenced clinical cytology samples tested by MSK-IMPACT TM . Special emphasis is given to the use of residual supernatant cell-free DNA (ScfDNA) as a valuable source of tumor DNA. Overall, cytology samples are similar in performance to surgical samples in identifying clinically relevant genomic alterations, achieving success rates up to 93% with full optimization. While cell block (CB) samples have excellent performance overall, low-level cross-contamination is identified in a small proportion of cases (4.7%), a common pitfall intrinsic to the processing of paraffin blocks, suggesting that more stringent precautions and processing modifications should be considered in quality control initiatives. By contrast ScfDNA samples have negligible contamination. Finally, ScfDNA testing exclusively used as a rescue strategy, delivered successful results in 71% of cases where tumor tissue from CB was depleted.

Abstract Circulating cell-free DNA (cfDNA) from blood plasma of cancer patients can be used to interrogate somatic tumor alterations non-invasively or when adequate tissue is unavailable. We have developed and clinically implemented MSK-ACCESS (Analysis of Circulating cfDNA to Evaluate Somatic Status), an NGS assay for detection of very low frequency somatic alterations in select exons and introns of 129 genes. Analytical validation demonstrated 92% sensitivity in de-novo mutation calling down to 0.5% allele frequency and 98% for a priori mutation profiling. To evaluate the performance and utility of MSK-ACCESS, we report results from the first 681 prospective blood samples (617 patients) that underwent clinical analysis to guide patient management. Somatic mutations, copy number, and/or structural variants were detected in 73% of the samples, and 56% of these circulating-tumor DNA (ctDNA) positive samples had clinically actionable alterations. The utilization of matched white blood cell sequencing allowed retention of somatic alterations while filtering out over 10,000 germline and clonal hematopoiesis variants, thereby greatly enhancing the specificity of the assay. Taken together, our experience illustrates the importance of analyzing a matched normal sample when interpreting cfDNA results and highlights the potential of cfDNA profiling to guide treatment selection, monitor treatment response, and identify mechanisms of treatment resistance.

Abstract Background While NTRK fusion-positive cancers can be exquisitely sensitive to first-generation TRK inhibitors, resistance inevitably occurs, mediated in many cases by acquired NTRK mutations. Next-generation inhibitors (e.g., selitrectinib, repotrectinib) maintain activity against these TRK mutant tumors; however, there are no next-generation TRK inhibitors approved by the FDA and select trials have stopped treating patients. Thus, the identification of novel, potent and specific next-generation TRK inhibitors is a high priority. Methods In silico modeling and in vitro kinase assays were performed on TRK wild type (WT) and TRK mutant kinases. Cell viability and clonogenic assays as well as western blots were performed on human primary and murine engineered NTRK fusion-positive TRK WT and mutant cell models. Finally, zurletrectinib was tested in vivo in human xenografts and murine orthotopic glioma models harboring TRK-resistant mutations. Results In vitro kinase and in cell-based assays showed that zurletrectinib, while displaying similar potency against TRKA, TRKB, and TRKC WT kinases, was more active than other FDA approved or clinically tested 1 st - (larotrectinib) and next-generation (selitrectinib and repotrectinib) TRK inhibitors against most TRK inhibitor resistance mutations (13 out of 18). Similarly, zurletrectinib inhibited tumor growth in vivo in sub-cute xenograft models derived from NTRK fusion-positive cells at a dose 30 times lower when compared to selitrectinib. Computational modeling suggests this stronger activity to be the consequence of augmented binding affinity of zurletrectinib for TRK kinases. When compared to selitrectinib and repotrectinib, zurletrectinib showed increased brain penetration in rats 0.5 and 2 h following a single oral administration. Consistently, zurletrectinib significantly improved the survival of mice harboring orthotopic NTRK fusion-positive, TRK-mutant gliomas (median survival = 41.5, 66.5, and 104 days for selitrectinib, repotrectinib, and zurletrectinib respectively; P < 0.05). Conclusion Our data identifies zurletrectinib as a novel, highly potent next-generation TRK inhibitor with stronger in vivo brain penetration and intracranial activity than other next-generation agents.