Predikce terapeutické odpovědi na neoadjuvantní léčbu u nádorů rekta

• Název práce v češtině: Predikce terapeutické odpovědi na neoadjuvantní léčbu u nádorů rekta
• Název v anglickém jazyce: Prediction of therapeutical response to neoadjuvant therapy in rectal cancer
• Klíčová slova: nádor rekta, neoadjuvantní chemoradioterapie, cirkulující nádorová ctDNA, predikce, prognóza, odpověď, léčba, biomarker
• Klíčová slova anglicky: rectal cancer, neoadjuvant chemoradiotherapy, circulating tumor ctDNA, prediction, prognosis, response, therapy, biomarker
• Akademický rok vypsání: 2011/2012
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Chirurgická klinika (13-371)
• Vedoucí / školitel: prof. MUDr. Jiří Hoch, CSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 19.08.2014
• Datum zadání: 19.08.2014
• Datum potvrzení stud. oddělením: 19.08.2014
• Datum a čas obhajoby: 18.03.2021 14:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 19.01.2021
• Datum odevzdání tištěné podoby: 14.01.2021
• Datum proběhlé obhajoby: 18.03.2021
• Oponenti: doc. MUDr. Lubomír Martínek, Ph.D.
• Konzultanti: doc. RNDr. Marek Minárik, Ph.D.

Seznam odborné literatury

1. Dworak, O., L. Keilholz, and A. Hoffmann, Pathological features of rectal cancer after preoperative radiochemotherapy. Int J Colorectal Dis, 1997. 12(1): p. 19-23.
2. Rodel, C., et al., Prognostic significance of tumor regression after preoperative chemoradiotherapy for rectal cancer. J Clin Oncol, 2005. 23(34): p. 8688-96.
3. Forster, S., et al., Differential effects of alpha-catenin on the invasion and radiochemosensitivity of human colorectal cancer cells. Int J Oncol, 2018. 52(4): p. 1117-1128.
4. Fokas, E., et al., Tumor regression grading after preoperative chemoradiotherapy for locally advanced rectal carcinoma revisited: updated results of the CAO/ARO/AIO-94 trial. J Clin Oncol, 2014. 32(15): p. 1554-62.
5. Maas, M., et al., Long-term outcome in patients with a pathological complete response after chemoradiation for rectal cancer: a pooled analysis of individual patient data. Lancet Oncol, 2010. 11(9): p. 835-44.
6. Sefrioui, D., et al., Clinical value of chip-based digital-PCR platform for the detection of circulating DNA in metastatic colorectal cancer. Dig Liver Dis, 2015. 47(10): p. 884-90.
7. Spindler, K.L., et al., Changes in mutational status during third-line treatment for metastatic colorectal cancer--results of consecutive measurement of cell free DNA, KRAS and BRAF in the plasma. Int J Cancer, 2014. 135(9): p. 2215-22.
8. Tie, J., et al., Circulating tumor DNA as an early marker of therapeutic response in patients with metastatic colorectal cancer. Ann Oncol, 2015. 26(8): p. 1715-22.
9. Minarik, M., et al., Application of cycling gradient capillary electrophoresis to detection of APC, K-ras, and DCC point mutations in patients with sporadic colorectal tumors. Electrophoresis, 2004. 25(7-8): p. 1016-21.
10. Prochazkova, K., et al., Somatic TP53 mutation mosaicism in a patient with Li-Fraumeni syndrome. Am J Med Genet A, 2009. 149a(2): p. 206-11.
11. Hinselwood, D.C., T.W. Abrahamsen, and P.O. Ekstrom, BRAF mutation detection and identification by cycling temperature capillary electrophoresis. Electrophoresis, 2005. 26(13): p. 2553-61.
12. Fiala, O., et al., Gene mutations in squamous cell NSCLC: insignificance of EGFR, KRAS and PIK3CA mutations in prediction of EGFR-TKI treatment efficacy. Anticancer Res, 2013. 33(4): p. 1705-11.
13. Levy, M., et al., Utility of cell-free tumour DNA for post-surgical follow-up of colorectal cancer patients. Anticancer Res, 2012. 32(5): p. 1621-6.
14. Diehl, F., et al., BEAMing: single-molecule PCR on microparticles in water-in-oil emulsions. Nat Methods, 2006. 3(7): p. 551-9.
15. Team., R.D.C., A language and environment for statistical computing. 2008, R Foundation for Statistical Computing.: Vienna, Austria.
16. Zitt, M., et al., Circulating cell-free DNA in plasma of locally advanced rectal cancer patients undergoing preoperative chemoradiation: a potential diagnostic tool for therapy monitoring. Dis Markers, 2008. 25(3): p. 159-65.
17. Agostini, M., et al., Circulating cell-free DNA: a promising marker of pathologic tumor response in rectal cancer patients receiving preoperative chemoradiotherapy. Ann Surg Oncol, 2011. 18(9): p. 2461-8.
18. Sun, W., et al., The role of plasma cell-free DNA detection in predicting preoperative chemoradiotherapy response in rectal cancer patients. Oncol Rep, 2014. 31(3): p. 1466-72.
19. Carpinetti, P., et al., The use of personalized biomarkers and liquid biopsies to monitor treatment response and disease recurrence in locally advanced rectal cancer after neoadjuvant chemoradiation. Oncotarget, 2015. 6(35): p. 38360-71.
20. Li, M., et al., Predictive value of circulating tumor DNA in locally advanced rectal cancer patients receiving neoadjuvant radiochemotherapy. Journal of Clinical Oncology, 2017. 35(15_suppl): p. e15125-e15125.
21. Yang, L., et al., Predicting treatment outcome of rectal cancer patients underwent neoadjuvant chemoradiotherapy by ctDNA: The potential use of ctDNA monitoring as organ-sparing approach. Journal of Clinical Oncology, 2018. 36(15_suppl): p. 3608-3608.
22. Pazdirek, F., et al., Monitoring of Early Changes of Circulating Tumor DNA in the Plasma of Rectal Cancer Patients Receiving Neoadjuvant Concomitant Chemoradiotherapy: Evaluation for Prognosis and Prediction of Therapeutic Response. Front Oncol, 2020. 10: p. 1028.
23. Benesova, L., et al., Mutation-based detection and monitoring of cell-free tumor DNA in peripheral blood of cancer patients. Anal Biochem, 2013. 433(2): p. 227-34.
24. Diehl, F., et al., Circulating mutant DNA to assess tumor dynamics. Nature Medicine, 2008. 14: p. 985.
25. Tie, J., et al., Serial circulating tumour DNA analysis during multimodality treatment of locally advanced rectal cancer: a prospective biomarker study. Gut, 2018.
26. Benešová, L., et al., Significance of postoperative follow-up of patients with metastatic colorectal cancer using circulating tumor DNA. World J Gastroenterol, 2019. 25(48): p. 6939-6948.
27. Hrebien, S., et al., Early ctDNA dynamics as a surrogate for progression-free survival in advanced breast cancer in the BEECH trial. Ann Oncol, 2019. 30(6): p. 945-952.
28. Osumi, H., et al., Early change in circulating tumor DNA as a potential predictor of response to chemotherapy in patients with metastatic colorectal cancer. Sci Rep, 2019. 9(1): p. 17358.
29. Reece, M., et al., The Use of Circulating Tumor DNA to Monitor and Predict Response to Treatment in Colorectal Cancer. Front Genet, 2019. 10: p. 1118.
30. Khier, S. and L. Lohan, Kinetics of circulating cell-free DNA for biomedical applications: critical appraisal of the literature. Future Sci OA, 2018. 4(4): p. Fso295.
31. Kustanovich, A., et al., Life and death of circulating cell-free DNA. Cancer biology & therapy, 2019. 20(8): p. 1057-1067.
32. Vanpouille-Box, C., et al., DNA exonuclease Trex1 regulates radiotherapy-induced tumour immunogenicity. Nat Commun, 2017. 8: p. 15618.
33. Lyskjaer, I., et al., Correlation between early dynamics in circulating tumour DNA and outcome from FOLFIRI treatment in metastatic colorectal cancer. Sci Rep, 2019. 9(1): p. 11542.
34. Vymetalkova, V., et al., Circulating Cell-Free DNA and Colorectal Cancer: A Systematic Review. Int J Mol Sci, 2018. 19(11).
35. Raja, R., et al., Early Reduction in ctDNA Predicts Survival in Patients with Lung and Bladder Cancer Treated with Durvalumab. Clinical Cancer Research, 2018. 24(24): p. 6212.
36. Husain, H., et al., Monitoring Daily Dynamics of Early Tumor Response to Targeted Therapy by Detecting Circulating Tumor DNA in Urine. Clinical Cancer Research, 2017. 23(16): p. 4716.

Předběžná náplň práce

Léčba lokálně pokročilého karcinomu rekta je multimodální. Její součástí je neoadjuvantní radiochemoterapie (NCHRT), která snižuje riziko lokální recidivy. Tato léčba je však doprovázena také vedlejšími účinky. Proto se hledají prediktivní markery umožňující identifikovat skupinu pacientů neodpovídající na léčbu, a tím je uchránit od nepříznivých účinků této léčby. S tímto cílem bychom rádi monitorovali cirkulující nádorovou DNA (ctDNA) jako potenciální biomarker založený na tekuté biopsii. Budou vyšetřeny plazmatické změny ctDNA během prvních dnů NCHRT a jejich vztah k časné odpovědi nádoru na léčbu a k celkovému přežití nemocných.
Soubor zahrnuje pacienty s nádorem rekta (klinické stadium II nebo III) podstupujících NCHRT před chirurgickou léčbou. Před zahájením léčby budou vyšetřeny somatické mutace v biopsiích tkáně odebraných během endoskopického vyšetření. Ze vzorků plazmy pacientů bude extrahována ctDNA a to před terapií a na konci prvního týdne léčby. Abychom optimalizovali náklady na testování, zvolili jsme dvoustupňový přístup, při kterém je nejprve použita finančně dostupná metoda, a to detekce za pomoci denaturační kapilární elektroforézy, po které následuje vyšetření původně negativních vzorků vysoce citlivým testem BEAMING. CtDNA bude následně korelována s klinickými parametry, včetně stupně regrese nádoru, stádia TNM a přežití nemocných.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The treatment of locally advanced rectal cancer is multimodal. It includes neoadjuvant radiochemotherapy (NCHRT), which reduces the risk of local recurrence. However, this treatment is also accompanied by side effects. Accordingly, there is an unmet need to identify predictive markers allowing to identify non-responders to avoid its adverse effects. We plan to monitor circulating tumor DNA (ctDNA) as a potential liquid biopsy-based biomarker. We will investigate ctDNA changes plasma during the early days of NCHRT and its relationship to the immediate tumor response as well as overall patients survival.
The studied cohort will include rectal cancer patients (stage II or III) undergoing NCHRT with subsequent surgical treatment. We will detect somatic mutations in tissue biopsies taken during endoscopic examination prior to the therapy. CtDNA will be extracted from patient plasma samples prior to therapy and at the end of the first week. In order to optimize the analytical costs of liquid-biopsy testing, we will utilize a two-level approach, in which first a low-cost detection method of denaturing capillary electrophoresis is used followed by examination of initially negative samples by a high-sensitivity BEAMING assay. The ctDNA will be correlated with clinical parameters including tumor regression grade, TNM staging and patient survival.