Abstract Purpose: The presence of disseminated tumor cells (DTC) in the bone marrow of breast cancer patients is an acknowledged independent prognostic factor. The biological metastatic potential of these cells has not yet been shown. The presence of putative breast cancer stem cells is shown both in primary tumors and distant metastases. These cells with a CD44+CD24−/low phenotype represent a minor population in primary breast cancer and are associated with self-renewal and tumorigenic potential. Recognizing the potential effect of prevalence of putative stem cells among DTC, we evaluated the bone marrow DTC. Experimental Design: We employed the double/triple-staining immunohistochemistry protocol and modified the established bone marrow cytokeratin (CK) staining protocol by adding steps for additional antigens, CD44 and/or CD24. We evaluated 50 bone marrow specimens, previously categorized as CK+ from early breast cancer patients. CK+ cells were examined for CD44 and CD24 expression by light microscopy, fluorescence microscopy, and spectral imaging. Results: We detected the putative stem cell–like phenotype in all CK+ specimens. The mean prevalence of putative stem/progenitor cells was 72% and median prevalence was 65% (range, 33-100%) among the overall DTC per patient, compared with primary tumors where this phenotype is reported in <10% of cells. Conclusions: This is the first evidence of the existence of the putative stem-like phenotype within the DTC in bone marrow in early breast cancer patients. All patients had a putative stem cell phenotype among the DTC and most individual DTC showed such phenotype. Future molecular characterization of these cells is warranted.

This paper presents development of a parylene membrane microfilter device for single stage capture and electrolysis of circulating tumor cells (CTCs) in human blood, and the potential of this device to allow genomic analysis. The presence and number of CTCs in blood has recently been demonstrated to provide significant prognostic information for patients with metastatic breast cancer. While finding as few as five CTCs in about 7.5 mL of blood (i.e., 1010 blood cells in) is clinically significant, detection of CTCs is currently difficult and time consuming. CTC enrichment is performed by either gradient centrifugation of CTC based on their buoyant density or magnetic separation of epithelial CTC, both of which are laborious procedures with variable efficiency, and CTC identification is typically done by trained pathologists through visual observation of stained cytokeratin-positive epithelial CTC. These processes may take hours, if not days. Work presented here provides a micro-electro-mechanical system (MEMS)-based option to make this process simpler, faster, better and cheaper. We exploited the size difference between CTCs and human blood cells to achieve the CTC capture on filter with ∼90% recovery within 10 min, which is superior to current approaches. Following capture, we facilitated polymerase chain reaction (PCR)-based genomic analysis by performing on-membrane electrolysis with embedded electrodes reaching each of the individual 16,000 filtering pores. The biggest advantage for this on-membrane in situ cell lysis is the high efficiency since cells are immobilized, allowing their direct contact with electrodes. As a proof-of-principle, we show beta actin gene PCR, the same technology can be easily extended to real time PCR for CTC-specific transcript to allow molecular identification of CTC and their further characterization.

Background Adjuvant endocrine therapy compromises bone health in patients with breast cancer, causing osteopenia, osteoporosis, and fractures. Antiresorptive treatments such as bisphosphonates prevent and counteract these side-effects. In this trial, we aimed to investigate the effects of the anti-RANK ligand antibody denosumab in postmenopausal, aromatase inhibitor-treated patients with early-stage hormone receptor-positive breast cancer. Methods In this prospective, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trial, postmenopausal patients with early hormone receptor-positive breast cancer receiving treatment with aromatase inhibitors were randomly assigned in a 1:1 ratio to receive either denosumab 60 mg or placebo administered subcutaneously every 6 months in 58 trial centres in Austria and Sweden. Patients were assigned by an interactive voice response system. The randomisation schedule used a randomly permuted block design with block sizes 2 and 4, stratified by type of hospital regarding Hologic device for DXA scans, previous aromatase inhibitor use, and baseline bone mineral density. Patients, treating physicians, investigators, data managers, and all study personnel were masked to treatment allocation. The primary endpoint was time from randomisation to first clinical fracture, analysed by intention to treat. As an additional sensitivity analysis, we also analysed the primary endpoint on the per-protocol population. Patients were treated until the prespecified number of 247 first clinical fractures was reached. This trial is ongoing (patients are in follow-up) and is registered with the European Clinical Trials Database, number 2005-005275-15, and with ClinicalTrials.gov, number NCT00556374. Findings Between Dec 18, 2006, and July 22, 2013, 3425 eligible patients were enrolled into the trial, of whom 3420 were randomly assigned to receive denosumab 60 mg (n=1711) or placebo (n=1709) subcutaneously every 6 months. Compared with the placebo group, patients in the denosumab group had a significantly delayed time to first clinical fracture (hazard ratio [HR] 0·50 [95% CI 0·39–0·65], p<0·0001). The overall lower number of fractures in the denosumab group (92) than in the placebo group (176) was similar in all patient subgroups, including in patients with a bone mineral density T-score of −1 or higher at baseline (n=1872, HR 0·44 [95% CI 0·31–0·64], p<0·0001) and in those with a bone mineral density T-score of less than −1 already at baseline (n=1548, HR 0·57 [95% CI 0·40–0·82], p=0·002). The patient incidence of adverse events in the safety analysis set (all patients who received at least one dose of study drug) did not differ between the denosumab group (1366 events, 80%) and the placebo group (1334 events, 79%), nor did the numbers of serious adverse events (521 vs 511 [30% in each group]). The main adverse events were arthralgia and other aromatase-inhibitor related symptoms; no additional toxicity from the study drug was reported. Despite proactive adjudication of every potential osteonecrosis of the jaw by an international expert panel, no cases of osteonecrosis of the jaw were reported. 93 patients (3% of the full analysis set) died during the study, of which one death (in the denosumab group) was thought to be related to the study drug. Interpretation Adjuvant denosumab 60 mg twice per year reduces the risk of clinical fractures in postmenopausal women with breast cancer receiving aromatase inhibitors, and can be administered without added toxicity. Since a main side-effect of adjuvant breast cancer treatment can be substantially reduced by the addition of denosumab, this treatment should be considered for clinical practice. Funding Amgen.

Abstract Purpose: Sensitive detection and characterization of circulating tumor cells (CTC) could revolutionize the approach to patients with early-stage and metastatic cancer. The current methodologies have significant limitations, including limited capture efficiency and ability to characterize captured cells. Here, we report the development of a novel parylene membrane filter-based portable microdevice for size-based isolation with high recovery rate and direct on-chip characterization of captured CTC from human peripheral blood. Experimental Design: We evaluated the sensitivity and efficiency of CTC capture in a model system using blood samples from healthy donors spiked with tumor cell lines. Fifty-nine model system samples were tested to determine the recovery rate of the microdevice. Moreover, 10 model system samples and 57 blood samples from cancer patients were subjected to both membrane microfilter device and CellSearch platform enumeration for direct comparison. Results: Using the model system, the microdevice achieved &gt;90% recovery with probability of 95% recovering at least one cell when five are seeded in 7.5 mL of blood. CTCs were identified in 51 of 57 patients using the microdevice, compared with only 26 patients with the CellSearch method. When CTCs were detected by both methods, greater numbers were recovered by the microfilter device in all but five patients. Conclusions: This filter-based microdevice is both a capture and analysis platform, capable of multiplexed imaging and genetic analysis. The microdevice presented here has the potential to enable routine CTC analysis in the clinical setting for the effective management of cancer patients. Clin Cancer Res; 16(20); 5011–8. ©2010 AACR.

BackgroundPAM50 is a 50-gene test that is designed to identify intrinsic breast cancer subtypes and generate a Risk of Recurrence (ROR) score. It has been developed to be carried out in qualified routine hospital pathology laboratories.Patients and MethodsOne thousand four hundred seventy-eight postmenopausal women with estrogen receptor (ER)+ early breast cancer (EBC) treated with tamoxifen or tamoxifen followed by anastrozole from the prospective randomized ABCSG-8 trial were entered into this study. Patients did not receive adjuvant chemotherapy. RNA was extracted from paraffin blocks and analyzed using the PAM50 test. Both intrinsic subtype (luminal A/B, HER2-enriched, basal-like) and ROR score were calculated. The primary analysis was designed to test whether the continuous ROR score adds prognostic value in predicting distant recurrence (DR) over and above standard clinical variables.ResultsIn all tested subgroups, ROR score significantly adds prognostic information to the clinical predictor (P < 0.0001). PAM50 assigns an intrinsic subtype to all cases, and the luminal A cohort had a significantly lower ROR at 10 years compared with Luminal B (P < 0.0001). Significant and clinically relevant discrimination between low- and high-risk groups occurred also within all tested subgroups.Conclusion(s)The results of the primary analysis, in combination with recently published results from the ATAC trial, constitute Level 1 evidence for clinical validity of the PAM50 test for predicting the risk of DR in postmenopausal women with ER+ EBC. A 10-year metastasis risk of <3.5% in the ROR low category makes it unlikely that additional chemotherapy would improve this outcome—this finding could help to avoid unwarranted overtreatment.Clinical trial numberABCSG 8: NCT00291759.

The advancements in the detection and characterization of circulating tumor DNA (ctDNA) have revolutionized precision medicine and are likely to transform standard clinical practice. The non‐invasive nature of this approach allows for molecular profiling of the entire tumor entity, while also enabling real‐time monitoring of the effectiveness of cancer therapies as well as the identification of resistance mechanisms to guide targeted therapy. Although the field of ctDNA studies offers a wide range of applications, including in early disease, in this review we mainly focus on the role of ctDNA in the dynamic molecular characterization of unresectable locally advanced and metastatic BC (mBC). Here, we provide clinical practice guidance for the rapidly evolving field of molecular profiling of mBC, outlining the current landscape of liquid biopsy applications and how to choose the right ctDNA assay. Additionally, we underline the importance of exploring the clinical relevance of novel molecular alterations that potentially represent therapeutic targets in mBC, along with mutations where targeted therapy is already approved. Finally, we present a potential roadmap for integrating ctDNA analysis into clinical practice.

Abstract Background The differential gene expression profile of metastatic versus primary breast tumors represents an avenue for discovering new or underappreciated pathways underscoring processes of metastasis. However, as tumor biopsy samples are a mixture of cancer and non-cancer cells, most differentially expressed genes in metastases would represent confounders involving sample biopsy site rather than cancer cell biology. Methods By paired analysis, we defined a top set of differentially expressed genes in breast cancer metastasis versus primary tumors using an RNA-sequencing dataset of 152 patients from The Breast International Group Aiming to Understand the Molecular Aberrations dataset (BIG-AURORA). To filter the genes higher in metastasis for genes essential for breast cancer proliferation, we incorporated CRISPR-based data from breast cancer cell lines. Results A significant fraction of genes with higher expression in metastasis versus paired primary were essential by CRISPR. These 264 genes represented an essential signature of breast cancer metastasis. In contrast, nonessential metastasis genes largely involved tumor biopsy site. The essential signature predicted breast cancer patient outcome based on primary tumor expression patterns. Pathways underlying the essential signature included proteasome degradation, the electron transport chain, oxidative phosphorylation, and cancer metabolic reprogramming. Transcription factors MYC, MAX, HDAC3, and HCFC1 each bound significant fractions of essential genes. Conclusions Associations involving the essential gene signature of breast cancer metastasis indicate true biological changes intrinsic to cancer cells, with important implications for applying existing therapies or developing alternate therapeutic approaches.