Many patients with advanced non-small cell lung cancer (NSCLC) receiving immunotherapy show primary resistance. High-dose radiotherapy can lead to increased tumor antigen release, improved antigen presentation, and T-cell infiltration. This radiotherapy may enhance the effects of checkpoint inhibition.To assess whether stereotactic body radiotherapy on a single tumor site preceding pembrolizumab treatment enhances tumor response in patients with metastatic NSCLC.Multicenter, randomized phase 2 study (PEMBRO-RT) of 92 patients with advanced NSCLC enrolled between July 1, 2015, and March 31, 2018, regardless of programmed death-ligand 1 (PD-L1) status. Data analysis was of the intention-to-treat population.Pembrolizumab (200 mg/kg every 3 weeks) either alone (control arm) or after radiotherapy (3 doses of 8 Gy) (experimental arm) to a single tumor site until confirmed radiographic progression, unacceptable toxic effects, investigator decision, patient withdrawal of consent, or a maximum of 24 months.Improvement in overall response rate (ORR) at 12 weeks from 20% in the control arm to 50% in the experimental arm with P < .10.Of the 92 patients enrolled, 76 were randomized to the control arm (n = 40) or the experimental arm (n = 36). Of those, the median age was 62 years (range, 35-78 years), and 44 (58%) were men. The ORR at 12 weeks was 18% in the control arm vs 36% in the experimental arm (P = .07). Median progression-free survival was 1.9 months (95% CI, 1.7-6.9 months) vs 6.6 months (95% CI, 4.0-14.6 months) (hazard ratio, 0.71; 95% CI, 0.42-1.18; P = .19), and median overall survival was 7.6 months (95% CI, 6.0-13.9 months) vs 15.9 months (95% CI, 7.1 months to not reached) (hazard ratio, 0.66; 95% CI, 0.37-1.18; P = .16). Subgroup analyses showed the largest benefit from the addition of radiotherapy in patients with PD-L1-negative tumors. No increase in treatment-related toxic effects was observed in the experimental arm.Stereotactic body radiotherapy prior to pembrolizumab was well tolerated. Although a doubling of ORR was observed, the results did not meet the study's prespecified end point criteria for meaningful clinical benefit. Positive results were largely influenced by the PD-L1-negative subgroup, which had significantly improved progression-free survival and overall survival. These results suggest that a larger trial is necessary to determine whether radiotherapy may activate noninflamed NSCLC toward a more inflamed tumor microenvironment.ClinicalTrials.gov identifier: NCT02492568.

IntroductionImmunotherapy is regarded as one of the major breakthroughs in cancer treatment. Despite its success, only a subset of patients responds—urging the quest for predictive biomarkers. We hypothesize that artificial intelligence (AI) algorithms can automatically quantify radiographic characteristics that are related to and may therefore act as noninvasive radiomic biomarkers for immunotherapy response.Patients and methodsIn this study, we analyzed 1055 primary and metastatic lesions from 203 patients with advanced melanoma and non-small-cell lung cancer (NSCLC) undergoing anti-PD1 therapy. We carried out an AI-based characterization of each lesion on the pretreatment contrast-enhanced CT imaging data to develop and validate a noninvasive machine learning biomarker capable of distinguishing between immunotherapy responding and nonresponding. To define the biological basis of the radiographic biomarker, we carried out gene set enrichment analysis in an independent dataset of 262 NSCLC patients.ResultsThe biomarker reached significant performance on NSCLC lesions (up to 0.83 AUC, P < 0.001) and borderline significant for melanoma lymph nodes (0.64 AUC, P = 0.05). Combining these lesion-wide predictions on a patient level, immunotherapy response could be predicted with an AUC of up to 0.76 for both cancer types (P< 0.001), resulting in a 1-year survival difference of 24% (P = 0.02). We found highly significant associations with pathways involved in mitosis, indicating a relationship between increased proliferative potential and preferential response to immunotherapy.ConclusionsThese results indicate that radiographic characteristics of lesions on standard-of-care imaging may function as noninvasive biomarkers for response to immunotherapy, and may show utility for improved patient stratification in both neoadjuvant and palliative settings.

Immune checkpoint inhibitors and targeted therapies have dramatically improved outcomes in patients with advanced melanoma, but approximately half these patients will not have a durable benefit. Phase 1-2 trials of adoptive cell therapy with tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) have shown promising responses, but data from phase 3 trials are lacking to determine the role of TILs in treating advanced melanoma.In this phase 3, multicenter, open-label trial, we randomly assigned patients with unresectable stage IIIC or IV melanoma in a 1:1 ratio to receive TIL or anti-cytotoxic T-lymphocyte antigen 4 therapy (ipilimumab at 3 mg per kilogram of body weight). Infusion of at least 5×109 TILs was preceded by nonmyeloablative, lymphodepleting chemotherapy (cyclophosphamide plus fludarabine) and followed by high-dose interleukin-2. The primary end point was progression-free survival.A total of 168 patients (86% with disease refractory to anti-programmed death 1 treatment) were assigned to receive TILs (84 patients) or ipilimumab (84 patients). In the intention-to-treat population, median progression-free survival was 7.2 months (95% confidence interval [CI], 4.2 to 13.1) in the TIL group and 3.1 months (95% CI, 3.0 to 4.3) in the ipilimumab group (hazard ratio for progression or death, 0.50; 95% CI, 0.35 to 0.72; P<0.001); 49% (95% CI, 38 to 60) and 21% (95% CI, 13 to 32) of the patients, respectively, had an objective response. Median overall survival was 25.8 months (95% CI, 18.2 to not reached) in the TIL group and 18.9 months (95% CI, 13.8 to 32.6) in the ipilimumab group. Treatment-related adverse events of grade 3 or higher occurred in all patients who received TILs and in 57% of those who received ipilimumab; in the TIL group, these events were mainly chemotherapy-related myelosuppression.In patients with advanced melanoma, progression-free survival was significantly longer among those who received TIL therapy than among those who received ipilimumab. (Funded by the Dutch Cancer Society and others; ClinicalTrials.gov number, NCT02278887.).

Malignant pleural mesothelioma (MPM) has limited treatment options and a poor outcome. Programmed death 1/programmed death ligand 1 (PD-L1) checkpoint inhibitors have proven efficacious in several cancer types. Nivolumab is a fully humanized monoclonal antibody against programmed death 1 with a favorable toxicity profile. In MPM, the immune system is considered to play an important role. We therefore tested nivolumab in recurrent MPM.In this single-center trial, patients with MPM received nivolumab 3 mg/kg intravenously every 2 weeks. Primary endpoint was the disease control rate at 12 weeks. Pre- and on-treatment biopsy specimens were obtained to analyze biomarkers for response.Of the 34 patients included, 8 patients (24%) had a partial response at 12 weeks and another 8 had stable disease resulting in a disease control rate at 12 weeks of 47%. One reached a partial response at 18 weeks. In 4 patients with stable disease, the tumor remained stable for more than 6 months. Treatment-related adverse events of any grade occurred in 26 patients (76%), most commonly fatigue (29%) and pruritus (15%). Grades 3 and 4 treatment-related adverse events were reported in 9 patients (26%), with pneumonitis, gastrointestinal disorders, and laboratory disorders mostly seen. One treatment-related death was due to pneumonitis and probably initiated by concurrent amiodarone therapy. PD-L1 was expressed on tumor cells in nine samples (27%), but did not correlate with outcome.Single-agent nivolumab has meaningful clinical efficacy and a manageable safety profile in pre-treated patients with mesothelioma. PD-L1 expression does not predict for response in this population.