Purpose To evaluate single-agent activity of bevacizumab in patients with recurrent glioblastoma. Patients and Methods Patients with recurrent glioblastoma were treated with bevacizumab 10 mg/kg every 2 weeks. After tumor progression, patients were immediately treated with bevacizumab in combination with irinotecan 340 mg/m 2 or 125 mg/m 2 every 2 weeks, depending on use of enzyme-inducing antiepileptic drugs. Complete patient evaluations were repeated every 4 weeks. Results Forty-eight heavily pretreated patients were accrued to this study. Thromboembolic events (12.5%), hypertension (12.5%), hypophosphatemia (6%), and thrombocytopenia (6%) were the most common drug-associated adverse events. Six patients (12.5%) were removed from study for drug-associated toxicity (five thromboembolic events, one bowel perforation). Thirty-four patients (71%) and 17 patients (35%) achieved radiographic response based on Levin and Macdonald criteria, respectively. Median progression-free survival (PFS) was 16 weeks (95% CI, 12 to 26 weeks). The 6-month PFS was 29% (95% CI, 18% to 48%). The 6-month overall survival was 57% (95% CI, 44% to 75%). Median overall survival was 31 weeks (95% CI, 21 to 54 weeks). Early magnetic resonance imaging response (first 96 hours and 4 weeks) was predictive of long-term PFS, with the Levin criteria being more predictive than Macdonald criteria. Of 19 patients treated with bevacizumab plus irinotecan at progression, there were no objective radiographic responses. Eighteen patients (95%) experienced disease progression by the second cycle, and the median PFS was 30 days. Conclusion We conclude that single-agent bevacizumab has significant biologic and antiglioma activity in patients with recurrent glioblastoma.

Radiotherapy is one of the most successful cancer therapies. Here the effect of irradiation on antigen presentation by MHC class I molecules was studied. Cell surface expression of MHC class I molecules was increased for many days in a radiation dose-dependent manner as a consequence of three responses. Initially, enhanced degradation of existing proteins occurred which resulted in an increased intracellular peptide pool. Subsequently, enhanced translation due to activation of the mammalian target of rapamycin pathway resulted in increased peptide production, antigen presentation, as well as cytotoxic T lymphocyte recognition of irradiated cells. In addition, novel proteins were made in response to γ-irradiation, resulting in new peptides presented by MHC class I molecules, which were recognized by cytotoxic T cells. We show that immunotherapy is successful in eradicating a murine colon adenocarcinoma only when preceded by radiotherapy of the tumor tissue. Our findings indicate that directed radiotherapy can improve the efficacy of tumor immunotherapy.

Purpose Vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent molecule that mediates tumor angiogenesis primarily through VEGF receptor 2 (VEGFR2). Bevacizumab, a recombinant humanized monoclonal antibody to VEGF, was administered to previously untreated patients to evaluate parameters of angiogenesis. Patients and Methods Twenty-one patients with inflammatory and locally advanced breast cancer were treated with bevacizumab for cycle 1 (15 mg/kg on day 1) followed by six cycles of bevacizumab with doxorubicin (50 mg/m 2 ) and docetaxel (75 mg/m 2 ) every 3 weeks. After locoregional therapy, patients received eight cycles of bevacizumab alone, and hormonal therapy when indicated. Tumor biopsies and dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) were obtained at baseline, and after cycles 1, 4, and 7. Results A median decrease of 66.7% in phosphorylated VEGFR2 (Y951) in tumor cells (P = .004) and median increase of 128.9% in tumor apoptosis (P = .0008) were seen after bevacizumab alone. These changes persisted with the addition of chemotherapy. There were no significant changes in microvessel density or VEGF-A expression. On DCE-MRI, parameters reflecting reduced angiogenesis, a median decrease of 34.4% in the inflow transfer rate constant (P = .003), 15.0% in the backflow extravascular- extracellular rate constant (P = .0007) and 14.3% in extravascular-extracellular volume fraction (P = .002) were seen after bevacizumab alone. Conclusion Bevacizumab has inhibitory effects on VEGF receptor activation and vascular permeability, and induces apoptosis in tumor cells.

Abstract CD8+ CTL play important roles against malignancy in both active and passive immunotherapy. Nonetheless, the success of antitumor CTL responses may be improved by additional therapeutic modalities. Radiotherapy, which has a long-standing use in treating neoplastic disease, has been found to induce unique biologic alterations in cancer cells affecting Fas gene expression, which, consequently, may influence the overall lytic efficiency of CTL. Here, in a mouse adenocarcinoma cell model, we examined whether exposure of these tumor cells to sublethal doses of irradiation 1) enhances Fas expression, leading to more efficient CTL killing via Fas-dependent mechanisms in vitro; and 2) improves antitumor activity in vivo by adoptive transfer of these Ag-specific CTL. Treatment of carcinoembryonic Ag-expressing MC38 adenocarcinoma cells with irradiation (20 Gy) in vitro enhanced Fas expression at molecular, phenotypic, and functional levels. Furthermore, irradiation sensitized these targets to Ag-specific CTL killing via the Fas/Fas ligand pathway. We examined the effect of localized irradiation of s.c. growing tumors on the efficiency of CTL adoptive immunotherapy. Irradiation caused up-regulation of Fas by these tumor cells in situ, based on immunohistochemistry. Moreover, localized irradiation of the tumor significantly potentiated tumor rejection by these carcinoembryonic Ag-specific CTL. Overall, these results showed for the first time that 1) regulation of the Fas pathway in tumor cells by irradiation plays an important role in their sensitization to Ag-specific CTL; and 2) a combination regimen of tumor-targeted irradiation and CTL promotes more effective antitumor responses in vivo, which may have implications for the combination of immunotherapy and radiation therapy.

Local radiation is an established therapy for human tumors. Radiation also has been shown to alter the phenotype of target tissue, including gene products that may make tumor cells more susceptible to T-cell-mediated immune attack. We demonstrate a biological synergy between local radiation of tumor and active vaccine therapy. The model used consisted of mice transgenic for human carcinoembryonic antigen (CEA) and a murine carcinoma cell line transfected with CEA. The vaccine regimen consisted of a prime and boost strategy using vaccinia and avipox recombinants expressing CEA and three T-cell costimulatory molecules. One dose of 8-Gy radiation to tumor induced up-regulation of the death receptor Fas in situ for up to 11 days. However, neither radiation at this dose nor vaccine therapy was capable of inhibiting growth of 8-day established tumor. When vaccine therapy and local radiation of tumor were used in combination, dramatic and significant cures were achieved. This was mediated by the engagement of the Fas/Fas ligand pathway because Ag-bearing tumor cells expressing dominant-negative Fas were not susceptible to this combination therapy. Following the combination of vaccine and local radiation, tumors demonstrated a massive infiltration of T cells not seen with either modality alone. Mice cured of tumors demonstrated CD4(+) and CD8(+) T-cell responses specific for CEA but also revealed the induction of high levels of T-cell responses to two other antigens (gp70 and p53) overexpressed in tumor, indicating the presence of a consequential antigen cascade. Thus, these studies demonstrate a new paradigm for the use of local tumor irradiation in combination with active specific vaccine therapy to elicit durable antitumor responses of established tumors.

Abstract Purpose: Many patients with clinically localized prostate cancer develop biochemical failure despite excellent local therapy perhaps due to occult metastatic disease. One potential solution is the utilization of a well-tolerated systemic therapy (e.g., vaccine) in concert with local therapy. Experimental Design: We present a randomized phase II clinical trial designed to determine if a poxviral vaccine encoding prostate-specific antigen (PSA) can induce a PSA-specific T-cell response when combined with radiotherapy in patients with clinically localized prostate cancer. Thirty patients were randomized in a 2:1 ratio into vaccine plus radiotherapy or radiotherapy-only arms. Those patients in the combination arm received a “priming” vaccine with recombinant vaccinia (rV) PSA plus r V containing the T-cell costimulatory molecule B7.1 (rV-B7.1) followed by monthly booster vaccines with recombinant fowlpox PSA. The vaccines were given with local granulocyte-macrophage colony-stimulating factor and low-dose systemic interleukin-2. Standard external beam radiation therapy was given between the fourth and the sixth vaccinations. Results: Seventeen of 19 patients in the combination arm completed all eight vaccinations and 13 of these 17 patients had increases in PSA-specific T cells of at least 3-fold versus no detectable increases in the radiotherapy-only arm (P < 0.0005). There was also evidence of de novo generation of T cells to well-described prostate-associated antigens not found in the vaccine, providing indirect evidence of immune-mediated tumor killing. The vaccine was well tolerated. Conclusion: This vaccine regimen can be safely given in patients undergoing radiation therapy for localized prostate cancer, with the majority of patients generating a PSA-specific cellular immune response to vaccine.

Exosomes are nanometer-sized lipid vesicles released ubiquitously by cells, which have been shown to have a normal physiological role, as well as influence the tumor microenvironment and aid metastasis. Recent studies highlight the ability of exosomes to convey tumor-suppressive and oncogenic mRNAs, microRNAs, and proteins to a receiving cell, subsequently activating downstream signaling pathways and influencing cellular phenotype. Here, we show that radiation increases the abundance of exosomes released by glioblastoma cells and normal astrocytes. Exosomes derived from irradiated cells enhanced the migration of recipient cells, and their molecular profiling revealed an abundance of molecules related to signaling pathways important for cell migration. In particular, connective tissue growth factor (CTGF) mRNA and insulin-like growth factor binding protein 2 (IGFBP2) protein levels were elevated, and coculture of nonirradiated cells with exosomes isolated from irradiated cells increased CTGF protein expression in the recipient cells. Additionally, these exosomes enhanced the activation of neurotrophic tyrosine kinase receptor type 1 (TrkA), focal adhesion kinase, Paxillin, and proto-oncogene tyrosine-protein kinase Src (Src) in recipient cells, molecules involved in cell migration. Collectively, our data suggest that radiation influences exosome abundance, specifically alters their molecular composition, and on uptake, promotes a migratory phenotype.

Extracellular vesicles (EVs) of various types are released or shed from all cells. EVs carry proteins and contain additional protein and nucleic acid cargo that relates to their biogenesis and cell of origin. EV cargo in liquid biopsies is of widespread interest owing to its ability to provide a retrospective snapshot of cell state at the time of EV release. For the purposes of EV cargo analysis and repertoire profiling, multiplex assays are an essential tool in multiparametric analyte studies but are still being developed for high-parameter EV protein detection. Although bead-based EV multiplex analyses offer EV profiling capabilities with conventional flow cytometers, the utilization of EV multiplex assays has been limited by the lack of software analysis tools for such assays. To facilitate robust EV repertoire studies, we developed multiplex analysis post-acquisition analysis (MPAPASS) open-source software for stitched multiplex analysis, EV database-compatible reporting, and visualization of EV repertoires.

Abstract Cancer researchers often seek user-friendly interactive tools for validation, exploration, analysis, and visualization of molecular profiles in cancer patient samples. To aid researchers working on both low-and high-grade gliomas, we developed Glioma-BioDP, a web tool for exploration and visualization of RNA and protein expression profiles of interest in these tumor types. Glioma-BioDP is an extended version of our earlier published tool GBM-BioDP. In this version we have included expression data from both the low-and high-grade glioma patient samples from The Cancer Genome Atlas and enabled querying by mRNA, microRNA, and protein level expression data from Illumina HiSeq and RPPA platforms respectively. Glioma-BioDP enables users to explore the association of genes, proteins, and miRNA expression with molecular and/or histological subtypes of gliomas, surgical resection status and survival. The prognostic significance and visualization of the selected expression profiles can be explored using interactive utilities provided. This tool also enables potential validation and generation of new hypotheses of novel therapies impacting gliomas that aid in personalization of treatment for optimum outcomes. Availability Glioma-BioDP web tool with user manual is available from: https://glioma-biodp.nci.nih.gov Contact: uma@mail.nih.gov

Glioblastoma (GBM) is the most aggressive and the most common primary brain tumor, defined by nearly uniform rapid progression despite the current standard of care involving maximal surgical resection followed by radiation therapy (RT) and temozolomide (TMZ) or concurrent chemoirradiation (CRT), with an overall survival (OS) of less than 30% at 2 years. The diagnosis of tumor progression in the clinic is based on clinical assessment and the interpretation of MRI of the brain using Response Assessment in Neuro-Oncology (RANO) criteria, which suffers from several limitations including a paucity of precise measures of progression. Given that imaging is the primary modality that generates the most quantitative data capable of capturing change over time in the standard of care for GBM, this renders it pivotal in optimizing and advancing response criteria, particularly given the lack of biomarkers in this space. In this study, we employed artificial intelligence (AI)-derived MRI volumetric parameters using the segmentation mask output of the nnU-Net to arrive at four classes (background, edema, non-contrast enhancing tumor (NET), and contrast-enhancing tumor (CET)) to determine if dynamic changes in AI volumes detected throughout therapy can be linked to PFS and clinical features. We identified associations between MR imaging AI-generated volumes and PFS independently of tumor location, MGMT methylation status, and the extent of resection while validating that CET and edema are the most linked to PFS with patient subpopulations separated by district rates of change throughout the disease. The current study provides valuable insights for risk stratification, future RT treatment planning, and treatment monitoring in neuro-oncology.