In Vivo Imaging of Mitochondria Structure and Function in Therapy Resistant Lung Tumors
难治性肺肿瘤线粒体结构和功能的体内成像
基本信息
- 批准号:10747207
- 负责人:
- 金额:$ 4.07万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-03-01 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAddressAmericanAreaBiguanidesBioenergeticsBiological MarkersBiopsyCancer PatientCell LineCell RespirationClassificationClinicalComplexDataDependenceDiagnosisDiagnosticDiseaseDisease ResistanceDissectionElectron TransportEpidermal Growth Factor ReceptorExhibitsFunctional ImagingGene Expression ProfilingGenetically Engineered MouseGoalsHealthHumanImmuno-ChemotherapyImmunotherapyKRAS2 geneKnowledgeLung AdenocarcinomaLung NeoplasmsMaintenanceMalignant neoplasm of lungMeasuresMembrane PotentialsMetabolicMetabolic PathwayMetabolismMitochondriaMutationNon-Small-Cell Lung CarcinomaOncogenicOxidative PhosphorylationPatientsPhenotypePhosphorylation InhibitionPhysiologicalPositron-Emission TomographyRationalizationResearchResistanceResistance developmentSTK11 geneSiteSpirometryStructureSurvival RateTestingTherapeuticTimeTracerTyrosine Kinase InhibitorWorkadvanced diseasecancer therapycheckpoint therapydiagnostic strategydriver mutationfluorodeoxyglucoseimage guidedimaging probeimprovedin vivoin vivo imaginginhibitormetabolic profilemitochondrial membranemitochondrial metabolismmutantnano-stringneoplastic cellnovelnovel diagnosticsnovel strategiesnovel therapeutic interventionnovel therapeuticspatient derived xenograft modelstemsuperresolution microscopytargeted treatmenttherapy developmenttherapy resistanttreatment responsetumortumor initiationtumor metabolismuptake
项目摘要
Abstract
The overarching goal of this study is to identify effective metabolic based diagnostic and therapeutic strategies
to improve the overall survival of patients with Non-small cell lung cancer (NSCLC). We propose to investigate
the positron emission tomography (PET) tracer, 18F-BnTP as a novel metabolic diagnostic and to develop
metabolic based therapeutic strategies targeting oxidative mitochondrial metabolism in therapy resistant
KRAS/LKB1 and EGFR mutant lung tumors. NSCLC will claim the lives of ~130,000 in the US in 2021. Lung
tumors frequently possess a high mutational burden, often rendering single agent therapies targeting
oncogenic driver mutations unsuccessful. Furthermore, metabolically active subsets of lung adenocarcinomas
(LUADs) bearing mutations in KRAS and LKB1 or EGFR are frequently resistant to immunotherapy
approaches. However, regardless of the initials benefits from checkpoint inhibitors or targeted therapies, the
majority of patients will eventually develop resistance to therapy. We rationalize a different approach to
overcoming therapy resistance in NSCLC – namely the classification of tumors by their metabolic signature.
Here, tumors are grouped and targeted by their metabolic dependencies rather than solely by their genetic
alterations. NSCLC is a metabolically heterogeneous disease and tumors utilize both glycolytic and oxidative
mitochondrial metabolism to grow. The mitochondria are the site of cellular bioenergetics and oxidative
phosphorylation (OXPHOS) and are essential for lung tumor initiation and maintenance. Due to a lack of in
vivo imaging probes there is a gap in our knowledge at a physiological and mechanistic level of how
mitochondrial bioenergetics are regulated in NSCLC. To address this gap, we functionally imaged
mitochondrial activity in lung tumors utilizing the PET imaging tracer 18F-BnTP and demonstrate that it
functions an in vivo biomarker of mitochondrial membrane potential (ΔΨ) and oxidative phosphorylation
(OXPHOS) in lung tumors3. Importantly, by using 18F-BnTP PET imaging we are able to distinguish between
OXPHOS dependent and independent lung tumors. Therapeutically, we have demonstrated that 18F-BnTP
positive, OXPHOS-dependent LUADs are sensitive to mitochondrial complex I inhibitors. We hypothesize that
18F-BnTP PET imaging can be utilized to functionally profile mitochondrial bioenergetics and adaptive oxidative
metabolism in therapy-resistant lung tumors to guide treatment with OXPHOS inhibitors. In aim 1 we will
perform an in vivo dissection of mitochondrial bioenergetics in therapy-resistant LUADs. In aim 2 we will
perform a structural and functional in vivo analysis of adaptive oxidative metabolism in therapy-resistant
KRAS/LKB1 and EGFR mutant LUADs. In Aim 3 we will longitudinally profile oxidative metabolism in LUAD
patients with advanced disease. The proposed work has relevance to human health in which we propose that
18F-BnTP PET imaging guided targeting and oxidative metabolism represents a new therapeutic strategy to
overcome therapy resistance in patients with KRAS/LKB1 and EGFR mutant tumors.
抽象的
这项研究的总体目标是确定有效的基于代谢的诊断和治疗策略
为了提高非小细胞肺癌(NSCLC)患者的总体生存率,我们建议进行研究。
正电子发射断层扫描 (PET) 示踪剂 18F-BnTP 作为一种新型代谢诊断并开发
针对治疗耐药的氧化线粒体代谢的基于代谢的治疗策略
2021 年,KRAS/LKB1 和 EGFR 突变肺肿瘤将夺去美国约 130,000 人的生命。 肺
肿瘤通常具有高突变负荷,通常需要单药治疗
此外,代谢活跃的肺腺癌亚型也有致癌突变的驱动。
携带 KRAS 和 LKB1 或 EGFR 突变的 (LUAD) 经常对免疫治疗产生耐药性
然而,无论检查点抑制剂或靶向治疗最初有什么好处,
大多数患者最终会对治疗产生耐药性,我们合理化了一种不同的治疗方法。
克服非小细胞肺癌的治疗耐药性——即根据肿瘤的代谢特征对肿瘤进行分类。
在这里,肿瘤是根据其代谢依赖性而不是仅仅根据其遗传来分组和靶向的
NSCLC 是一种代谢异质性疾病,肿瘤同时利用糖酵解和氧化作用。
线粒体代谢生长。线粒体是细胞生物能量和氧化的场所。
由于缺乏磷酸化(OXPHOS),对于肺肿瘤的发生和维持至关重要。
体内成像探针在生理和机械层面上我们的知识存在差距
线粒体生物能量学在非小细胞肺癌中受到调节为了解决这一差距,我们对功能进行了成像。
利用 PET 成像示踪剂 18F-BnTP 检测肺部肿瘤中的线粒体活性,并证明它
是线粒体膜电位 (ΔΨ) 和氧化磷酸化的体内生物标志物
重要的是,通过使用 18F-BnTP PET 成像,我们能够区分肺部肿瘤中的 OXPHOS。
在治疗上,我们已经证明 18F-BnTP 具有依赖性和非依赖性肺部肿瘤。
阳性、OXPHOS 依赖性 LUAD 对线粒体复合物 I 抑制剂敏感。
18F-BnTP PET 成像可用于功能性分析线粒体生物能学和适应性氧化
在目标 1 中,我们将研究耐药性肺部肿瘤的代谢,以指导 OXPHOS 抑制剂的治疗。
在目标 2 中,我们将对治疗耐药的 LUAD 中的线粒体生物能进行体内解剖。
对治疗耐药的适应性氧化代谢进行结构和功能体内分析
KRAS/LKB1 和 EGFR 突变体 LUAD 在目标 3 中,我们将纵向分析 LUAD 中的氧化代谢。
拟议的工作与人类健康相关,我们建议:
18F-BnTP PET 成像引导靶向和氧化代谢代表了一种新的治疗策略
克服 KRAS/LKB1 和 EGFR 突变肿瘤患者的治疗耐药性。
项目成果
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