Background: Accurate clinical staging is crucial to managing gastrointestinal cancer, but fluorine 18 ( 18 F) fluorodeoxyglucose (FDG) PET/CT has limitations.Targeting fibroblast-activation protein is a newer diagnostic approach for the visualization of tumor stroma, and gallium 68 ( 68 Ga)-labeled fibroblast-activation protein inhibitors (FAPIs), hereafter 68 Ga-FAPIs, present a promising alternative to 18 F-FDG.Purpose: To compare the diagnostic efficacy of 68 Ga-FAPI PET/CT in primary and metastatic lesions of gastrointestinal malignancies with that of 18 F-FDG PET/CT. Materials and Methods:Images from patients with gastric, duodenal, and colorectal cancers who underwent contemporaneous 18 F-FDG and 68 Ga-FAPI PET/CT between October 2019 through June 2020 were retrospectively analyzed. 18F-FDG and 68 Ga-FAPI uptakes were compared by using the Wilcoxon signed-rank test.The McNemar test was used to compare the diagnostic performance between the two techniques.Results: Thirty-five patients (median age, 64 years [interquartile range, 53-68 years]; 18 men) were evaluated.In treatment-naive patients (n = 19), 68 Ga-FAPI PET/CT led to upstaging of the clinical TNM stage in four (21%) patients compared with 18 F-FDG PET/CT.Tracer uptake was higher with 68 Ga-FAPI PET/CT than with 18 F-FDG PET/CT in primary lesions (gastric cancer: 12.7 vs 3.7, respectively, P = .003;colorectal cancer: 15.9 vs 7.9, P = .03),involved lymph nodes (6.7 vs 2.4, P , .001), and bone and visceral metastases (liver metastases: 9.7 vs 5.2, P , .001;peritoneal metastases: 8.4 vs 3.6, P , .001;bone metastases: 4.3 vs 2.2, P , .001;lung metastases: 4.4 vs 1.9, P = .01).In addition, the sensitivity of 68 Ga-FAPI PET/CT was higher than that of 18 F-FDG PET/CT in the detection of primary tumors (100% [19 of 19] vs 53% [10 of 19], respectively; P = .004),lymph nodes (79% [22 of 28] vs 54% [15 of 28], P , .001), and bone and visceral metastases (89% [31 of 35] vs 57% [20 of 35], P , .001). Conclusion:Gallium 68 fibroblast-activation protein inhibitor PET/CT was superior to fluorine 18 fluorodeoxyglucose PET/CT in the detection of primary and metastatic lesions in gastric, duodenal, and colorectal cancers, with higher tracer uptake in most primary and metastatic lesions.

Abstract Radiotherapy combined with immune checkpoint blockade holds great promise for synergistic antitumor efficacy. Targeted radionuclide therapy delivers radiation directly to tumor sites. LNC1004 is a fibroblast activation protein (FAP)-targeting radiopharmaceutical, conjugated with the albumin binder Evans Blue, which has demonstrated enhanced tumor uptake and retention in previous preclinical and clinical studies. Herein, we demonstrate that 68 Ga/ 177 Lu-labeled LNC1004 exhibits increased uptake and prolonged retention in MC38/NIH3T3-FAP and CT26/NIH3T3-FAP tumor xenografts. Radionuclide therapy with 177 Lu-LNC1004 induced a transient upregulation of PD-L1 expression in tumor cells. The combination of 177 Lu-LNC1004 and anti-PD-L1 immunotherapy led to complete eradication of all tumors in MC38/NIH3T3-FAP tumor-bearing mice, with mice showing 100% tumor rejection upon rechallenge. Immunohistochemistry, single-cell RNA sequencing (scRNA-seq), and TCR sequencing revealed that combination therapy reprogrammed the tumor microenvironment in mice to foster antitumor immunity by suppressing malignant progression and increasing cell-to-cell communication, CD8 + T-cell activation and expansion, M1 macrophage counts, antitumor activity of neutrophils, and T-cell receptor diversity. A preliminary clinical study demonstrated that 177 Lu-LNC1004 was well-tolerated and effective in patients with refractory cancers. Further, scRNA-seq of peripheral blood mononuclear cells underscored the importance of addressing immune evasion through immune checkpoint blockade treatment. This was emphasized by the observed increase in antigen processing and presentation juxtaposed with T cell inactivation. In conclusion, our data supported the efficacy of immunotherapy combined with 177 Lu-LNC1004 for cancer patients with FAP-positive tumors.

Peptide receptor radionuclide therapy (PRRT) with radiolabeled SSTR2 agonists is a treatment option that is highly effective in controlling metastatic and progressive neuroendocrine tumors (NETs). Previous studies have shown that an SSTR2 agonist combined with albumin binding moiety Evans blue (denoted as 177Lu-EB-TATE) is characterized by a higher tumor uptake and residence time in preclinical models and in patients with metastatic NETs. This study aimed to enhance the in vivo stability, pharmacokinetics, and pharmacodynamics of 177Lu-EB-TATE by replacing the maleimide-thiol group with a polyethylene glycol chain, resulting in a novel EB conjugated SSTR2-targeting radiopharmaceutical, 177Lu-LNC1010, for PRRT. In preclinical studies, 177Lu-LNC1010 exhibited good stability and SSTR2-binding affinity in AR42J tumor cells and enhanced uptake and prolonged retention in AR42J tumor xenografts. Thereafter, we presented the first-in-human dose escalation study of 177Lu-LNC1010 in patients with advanced/metastatic NETs. 177Lu-LNC1010 was well-tolerated by all patients, with minor adverse effects, and exhibited significant uptake and prolonged retention in tumor lesions, with higher tumor radiation doses than those of 177Lu-EB-TATE. Preliminary PRRT efficacy results showed an 83% disease control rate and a 42% overall response rate after two 177Lu-LNC1010 treatment cycles. These encouraging findings warrant further investigations through multicenter, prospective, and randomized controlled trials.

Background Fibroblast activation protein (FAP)-targeted radioligand therapy, with immunomodulatory effects, has shown efficacy in both preclinical and clinical studies. We recently reported on a novel dimeric FAP-targeting radiopharmaceutical, 68 Ga/ 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 , which demonstrated increased tumor uptake and prolonged retention in various cancers. However, further exploration is required to understand the therapeutic efficacy and underlying mechanisms of combining 68 Ga/ 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 radioligand therapy with PD-1/PD-L1 immunotherapy. Methods Regarding the change in PD-L1 expression and DNA double-strand breaks induced by radiopharmaceuticals, CT26-FAP tumor cells were incubated with 68 Ga and 177 Lu labeled DOTA-2P(FAPI) 2 , respectively. Monotherapy with 68 Ga-DOTA-2P(FAPI) 2 , 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 , and PD-L1 immunotherapy as well as combination therapy ( 68 Ga/ 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 and PD-L1 immunotherapy) were tested and evaluated to evaluate in vivo antitumor efficacy. Furthermore, immunohistochemical staining and single-cell RNA sequencing were used to analyze changes in the tumor microenvironment (TME) and elucidate the underlying mechanisms of action of this combination therapy. Results Our findings indicated that FAP-targeting radiopharmaceuticals can induce DNA double-strand breaks and upregulate PD-L1 expression, with 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 proving to be more effective than 68 Ga-DOTA-2P(FAPI) 2 . Both 68 Ga-DOTA-2P(FAPI) 2 and 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 radiopharmaceuticals significantly improved therapeutic outcomes when combined with anti-PD-L1 monoclonal antibody (αPD-L1 mAb). Notably, the combination of 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 with αPD-L1 mAb immunotherapy eliminated tumors in mouse models. Mice treated with this regimen not only exhibited exceptional responses to the initial immune checkpoint inhibitor therapy but also showed 100% tumor rejection on subsequent tumor cell re-inoculation. Further mechanistic studies have shown that 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 combined with αPD-L1 mAb can reprogram the TME, enhancing antitumor intercellular communication, which activates antitumor-related intercellular contacts such as FasL-Fas interactions between T cells and NK cells with tumor cells and increasing the proportion of infiltrating CD8+ T-cells while reducing regulatory T cells and inhibiting tumor progression. Our research also demonstrates that mature neutrophils play a role in enhancing the efficacy of the combined therapy, as shown in neutrophil-blocking experiments. Conclusions Our study robustly advocates for use of FAP-targeting radiopharmaceuticals, particularly 177 Lu-DOTA-2P(FAPI) 2 , alongside immunotherapy in treating FAP-positive tumors. This combination therapy transforms the TME and enables a translatable approach to increasing the sensitivity to PD-1/PD-L1 immunotherapy, leading to improved complete remission rates and extended overall survival.