Implantable pre-metastatic niche to elucidate the impact of chemotherapy-induced metastatic relapse

可植入的转移前生态位阐明化疗引起的转移复发的影响

基本信息

  • 批准号:
    10622445
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-03-11 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Epidemiological studies indicate that chemotherapy can increase the chance of metastasis in a subset patients,  but the underlying mechanism remains unclear because of a lack of relevant experimental models. The goal of  this  proposal  is  to  elucidate  the  impact  of  chemotherapy  on  metastatic  relapse  with  a  tissue-­engineered  metastasis  model  that  can  capture  metastatic niche  evolution  with  a  high  level  of  molecular  and  cellular  detail.  Inspired  by  the  recent  discovery  of  the  pre-­metastatic  niche  (PMN)  in  major  metastatic  organs,  we  have  developed  a  bone  marrow  stromal  cell–seeded  microfabricated  porous  hydrogel  scaffold  that  creates  a  richly  vascularized proinflammatory microenvironment when it is subdermally implanted in a mouse. This implantable  PMN  model  has been  shown to attract and  support  the engraftment and  growth  of  circulating tumor  cells and  can  be  serially  implanted  in  syngeneic  naive  mice  for  long-­term  studies.  The  semitransparent  materials  of  the  implant  are  compatible  with  quantitative  imaging  analysis  via  multiple  imaging  modalities  including  multiplex  immunohistostaining, CLARITY-­based optical sectioning of entire scaffolds, and intravital imaging via a skinfold  window chamber. Our  central  hypothesis  is  that  tissue  inflammation  and  remodeling  induced  by  chemotherapy  activates  dormant  disseminated  tumor  cells  and  causes  them  to  migrate  and  form  in  situ  clusters  as  a  function  of  cell  number.  Forming  clusters  could  allow  the  cells  to  overcome  microenvironmental  regulation  and  regain  an  aggressive  phenotype.  We propose three specific  aims:  In  Aim  1,  we  will  generate  subcutaneous and  hepatic  PMN models in a MMTV-­PyMT female mouse and demonstrate the long-­term evolution of metastatic niche by  serially transplanting early metastatic niche established in primary mice to secondary syngeneic FVB mice. For  this  purpose,  we  will  generate  MMTV-­Luc2-­PyMT  mice  that  allow  non-­invasive  long-­term  bioluminescent  monitoring  of  metastatic  relapse.  In Aim 2,  we  will  use  the  techniques  verified  in  Aim 1  to observe  the  effect of  chemotherapy  with  doxorubicin  on  the  metastatic  process  in  serially  implanted  bone  marrow  and  liver  PMN  models.  In  Aim 3,  we  will  apply the established  algorithm to  measure  potency to determine  if adjuvant  therapy  with  anti-­inflammatory  (anakinra)  or  anti-­macrophage  (clodronate)  drugs  reduces  doxorubicin-­induced  metastatic relapse and will look at the effect of adjuvant timing. The proposed research is significant because it  has the  potential  to  facilitate  the development of better  therapeutic  regimens that  can eliminate active  residual  tumor cells without activating dormant disseminated tumor cells, and this would significantly improve long-­term  metastasis prevention.
流行病学研究表明化疗可以增加部分患者转移的机会, 但由于缺乏相关的实验模型,其潜在机制仍不清楚。 该提案旨在通过组织工程手段阐明化疗对转移性复发的影响 转移模型可以捕获具有高水平分子和细胞细节的转移生态位进化。 受最近在主要转移器官中发现转移前生态位(PMN)的启发,我们 开发了一种骨髓基质细胞接种的微制造多孔水凝胶支架,该支架创造了丰富的 当将其皮下植入小鼠体内时,会产生血管化的促炎微环境。 PMN 模型已被证明可以吸引和支持循环肿瘤细胞的植入和生长, 可以连续植入同系幼鼠体内进行长期研究。 植入物与通过多种成像模式(包括多重成像)进行的成像分析兼容 免疫组织染色、整个支架基于 CLARITY 的光学切片以及通过皮褶的活体成像 窗室。 我们的中心假设是化疗引起的组织炎症和重塑激活 休眠的播散性肿瘤细胞,并导致它们作为细胞的功能迁移并形成原位簇 形成簇可以使细胞克服微环境调节并恢复活力。 我们提出了三个具体目标:在目标 1 中,我们将产生皮下和肝脏表型。 在 MMTV-PyMT 雌性小鼠中建立 PMN 模型,并通过以下方法展示转移生态位的长期演变 将原代小鼠中建立的早期转移生态位连续移植到继发同系 FVB 小鼠中。 为此,我们将生成 MMTV-Luc2-PyMT 小鼠,允许非侵入性长期生物发光 在目标 2 中,我们将使用目标 1 中验证的技术来观察转移复发的效果。 阿霉素化疗对连续植入骨髓和肝脏PMN转移过程的影响 在目标 3 中,我们将应用已建立的算法来测量效力以确定是否需要辅助治疗。 与抗炎(阿那白滞素)或抗巨噬细胞(氯膦酸盐)药物一起使用可减少阿霉素诱导的 转移性复发,并将研究辅助时机的效果。拟议的研究意义重大,因为它 有潜力促进更好的治疗方案的开发,消除活性残留 肿瘤细胞而不激活休眠的播散肿瘤细胞,这将显着改善长期 预防转移。

项目成果

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