Los inhibidores del ligando de muerte celular programada 1 (PD-L1) se utilizan comúnmente en el tratamiento del carcinoma urotelial (UC) en etapa avanzada. Por lo tanto, este estudio evaluó la relación entre la expresión de PD-L1 en células tumorales circulantes (CTCs) y la respuesta al tratamiento con inhibidores de PD-L1 utilizando muestras de sangre recolectadas de pacientes con UC (n = 23). Posteriormente, se analizaron la expresión de PD-L1 y su correlación clínica. Todos los pacientes tenían CTCs antes del tratamiento con inhibidores de PD-L1, de los cuales 15 tenían CTCs positivos para PD-L1. Sin embargo, la expresión positiva de PD-L1 en CTCs no se correlacionó con la expresión de PD-L1 en muestras de biopsia tumoral. Los pacientes con CTCs positivos para PD-L1 tuvieron mejores tasas de control de la enfermedad (DC) que aquellos sin CTCs positivos para PD-L1. Además, los cambios en la proporción de CTCs positivos para PD-L1 se asociaron con los resultados de la enfermedad. Además, el recuento de CTCs positivos para PD-L1 en 9 de 11 pacientes que lograron DC había disminuido significativamente (p = 0.01). En cuatro pacientes con enfermedad progresiva, este fue más alto o no cambió. Los CTCs positivos para PD-L1 en la línea base podrían usarse como un biomarcador para identificar a los pacientes adecuados para la terapia de bloqueo de PD-L1. Los cambios dinámicos en los CTCs positivos para PD-L1 durante el curso del tratamiento son factores predictivos de la respuesta a la inmunoterapia y factores pronósticos del control de la enfermedad. Por lo tanto, los CTCs positivos para PD-L1 podrían emplearse como un biomarcador molecular en tiempo real para la inmunoterapia individualizada.