Detection of circulating-tumor DNA through liquid biopsies in ovarian cancer and utilization as prognostic factors

Abstract

Background: Effective detection of ovarian cancer progression and recurrence is crucial in improving patient prognosis. Existing tests based on biomarkers (CA-125) and radiological imaging are insufficient for the minimal residual disease detection (MRD) of ovarian cancer. This study aimed to assess the feasibility of using circulating tumor DNA (ctDNA) as an additional biomarker for disease progression in ovarian cancer patients undergoing debulking surgery followed by adjuvant therapy. Methods: We recruited 330 patients suspicious of ovarian malignancy (CA-125 > 35 U/ml). Blood samples were collected between Oct 2019–Mar 2022. Samples were collected at baseline just prior to surgery and every three months thereafter. Conventional post-operative monitoring was performed using CA125, HE4, MRI, and PET-CT. Custom target gene panel targeting nine genes (TP53, BRCA1, BRCA2, ARID1A, CCNE1, KRAS, MYC, PIK3CA and PTEN). Next-generation sequencing was done with the NextSeq System (Illumina, USA). Data analysis was performed using the custom pipeline PiSeq (Dxome, Korea). Retrospective chart review was done to obtain relevant clinical information. Results: We analyzed a total of 813 blood samples from 296 patients, including 201 patients with carcinoma (high-grade serous, low-grade serous, mucinous, clear cell, endometrioid, and others) and 96 patients with benign/borderline ovarian disease. 69.8% (139/199) of epithelial ovarian cancer patients were identified with tier I/II (pathogenic) somatic mutations from preoperative samples at baseline. No pathogenic mutations were identified in benign/borderline tumor patients (0/96). Of the 38 progressive patients with baseline ctDNA mutation, 89.8% (44/49) patients were identified with the same list of mutations at the baseline. In these patients, ctDNA enabled early detection of future progression by an average of 50.9 days (maximum of 267 days) than the conventional diagnostic methods. Based on 6 months follow up ctDNA analysis, persistent elevated group showed a worse median progression free survival (PFS) compared with zero conversion group (7.7 vs 25.3 months; P < 0.001). Conclusions: Our analysis suggests that ctDNA-based surveillance may serve an essential role in the detection of disease progression in ovarian cancer, providing genetic characteristics of ovarian cancer, and applicability of ctDNA in clinical decision making and might help establish personalized therapeutic strategies. 난소암의 진행 및 재발을 효과적으로 감지하는 것은 환자 예후를 개선하는 데 중요하다. 기존의 종양 바이오마커(CA-125) 및 영상 검사(CT)는 난소암의 최소 잔류 질환 검출(MRD)에 충분하지 않다. 본 연구는 수술 후 보조 요법을 받는 난소암 환자의 질병 진행을 위한 추가 바이오마커로 순환종양 DNA(ctDNA)를 사용하는 것의 타당성을 평가하는 것을 목표로 했다. 본 연구에서는 난소 악성 종양이 의심되는 330명의 환자를 모집했다 (CA-125 > 35 U/ml). 수술 직전과 그 후 3개월마다 채혈을 진행했으며, 기존의 수술 후 모니터링은 CA125, HE4, MRI 및 PET-CT를 사용하여 수행되었다. 9개의 유전자(TP53, BRCA1, BRCA2, ARID1A, CCNE1, KRAS, MYC, PIK3CA 및 PTEN)을 대상으로 하는 유전자 패널을 이용하여 염기서열을 분석했다. 암환자 201명(고등급/저등급 점액성, 투명세포, 자궁내막 등)과 양성/경계성 난소 질환 환자 96명을 포함하여 296명의 환자로부터 총 813개의 혈액 검체를 분석했다. 상피성 난소암 환자의 69.8%(139/199)에서 병원성 돌연변이를 확인할 수 있었다. 양성/경계성 종양 환자(0/96)에서는 병원성 돌연변이가 확인되지 않았다. 진단시점 ctDNA 돌연변이가 있는 38명의 진행성 환자 중 89.8%의 환자가 재발시점에서 동일한 돌연변이가 확인되었다. 이러한 환자의 경우 순환종양분석을 통해 기존 진단 방법보다 평균 50.9일(최대 267일)이 재발을 조기에 발견할 수 있었다. 진단 이후 시점 6개월의 추적 분석에 따르면, 지속적으로 변이가 관찰되는 그룹이 음성전환 그룹과 비교해서 무진행 생존율(PFS)이 더 나빴다 (7.7 대 25.3개월; P < 0.001). 본 연구를 통해 순환종양 DNA 기반 추적검사가 난소암의 진행을 감지하고 난소암의 유전적 특성을 제공하며 임상 의사 결정에서 적용 가능성에 필수적인 역할을 할 수 있으며 개인화된 치료 전략을 수립하는 데 도움이 될 수 있음을 확인했다.