Role of tissue mechanical and metabolic properties in cancer formation studied in a translational liver tumor model

在转化性肝肿瘤模型中研究组织机械和代谢特性在癌症形成中的作用

基本信息

项目摘要

Hepatocellular carcinoma (HCC) is the third most common cause of cancer-related death worldwide. As most HCC manifests in cirrhotic livers with heterogenous parenchyma, early and small tumors with abnormal imaging appearance may be missed. In unresectable HCC, locoregional therapies are guideline-approved but are frequently limited by incomplete treatment and recurrence. While many resistance mechanisms are under investigation, the deregulated cellular metabolism plays a pivotal role in shaping the tumor microenvironment (TME) through chemical and mechanical signaling. Specifically, dysfunctional vascular and lymphatic systems in HCC disrupt mass transport and the metabolic flux, leading to changes of interstitial pressure (solid stress), cell plasticity (tissue fluidity), and the amount and organization of extracellular matrix (ECM) (mechanical heterogeneity). The main hypothesis of our project is that the interdependent changes of the mechanical and metabolic tissue properties may precede morphological tumor formation by promotion of a tumorigenic niche, in which tumors proliferate and become resistant to therapy. In this project, we will use the translational VX2 rabbit liver tumor model to investigate the duality of mechanics and metabolism in liver tumors and their host liver in vivo using novel PET-MRI. The mechanical interaction between tumor and TME can be characterized by multifrequency MRE (mMRE), while abnormal glucose metabolism can be imaged with 18F‐fluorodeoxyglucose (FDG)-PET. As FDG‐PET primarily probes early glycolysis, we will implement innovative MRI techniques including chemical exchange saturation transfer (CEST) and MR-spectroscopy (MRS) to assess metabolism. Specifically, CEST will image the metabolic flux of glycogen, glutamate, or glucose. MRS will assess tissue acidity. In vivo mechanical properties of the tumor and its ECM will be investigated using mMRE with an adapted hardware and sequence. Using longitudinal multiparametric quantitative (q)MRI and mMRE, we aim to provide a mechanical and metabolic profile of the tumor and its TME in healthy and cirrhotic livers. We will also investigate the changes of the mechanical and metabolic tumor properties induced by ablation to identify transformative patterns that lead to incomplete ablation. The orthotopic rabbit tumor model enables the development of this comprehensive imaging protocol on a clinical 3T PET-MRI scanner and ablation using human-size equipment, all of which facilitate translation into clinical routine. By combining our mechanical and metabolic imaging markers with metabolic modeling (A02), jamming/unjamming analysis (A03), and in vivo mechanical heterogeneity (C01), tissue fluidity (C02), and solid stress (C03), we aim to gain a deeper understanding of the dynamic interplay between the liver tumor and its TME regarding biomechanics and metabolism to identify biomarkers for early tumor diagnosis, personalized treatment planning, and therapeutic monitoring.
肝细胞癌(HCC)是全球癌症相关死亡的第三大常见原因。由于大多数HCC表现为肝硬化伴异质实质,早期和小的影像学表现异常的肿瘤可能会被忽略。在不可切除的HCC中,局部治疗是指南批准的,但经常因治疗不完全和复发而受到限制。虽然许多耐药机制正在研究中,但通过化学和机械信号传导,解除调控的细胞代谢在形成肿瘤微环境(TME)中起着关键作用。具体而言,HCC中血管和淋巴系统的功能失调破坏了物质运输和代谢通量,导致间质压力(固体应力)、细胞可塑性(组织流动性)和细胞外基质(ECM)的数量和组织(力学异质性)的变化。我们项目的主要假设是,机械和代谢组织特性的相互依赖变化可能通过促进致瘤生态位而先于形态肿瘤的形成,在这个生态位中,肿瘤增殖并对治疗产生耐药性。在本项目中,我们将使用翻译VX2兔肝肿瘤模型,利用新型PET-MRI研究肝肿瘤及其宿主肝脏体内力学和代谢的二元性。肿瘤与TME之间的机械相互作用可以通过多频MRE (mMRE)表征,而异常的糖代谢可以通过18F‐氟脱氧葡萄糖(FDG)-PET成像。由于FDG‐PET主要探测早期糖酵解,我们将采用创新的MRI技术,包括化学交换饱和转移(CEST)和磁共振光谱(MRS)来评估代谢。具体来说,CEST将成像糖原、谷氨酸或葡萄糖的代谢通量。MRS将评估组织酸度。肿瘤及其ECM的体内力学特性将使用具有适应硬件和序列的mMRE进行研究。使用纵向多参数定量(q)MRI和mMRE,我们旨在提供健康和肝硬化肝脏中肿瘤及其TME的机械和代谢特征。我们还将研究消融引起的肿瘤力学和代谢特性的变化,以确定导致不完全消融的转化模式。原位兔肿瘤模型能够在临床3T PET-MRI扫描仪上开发这种综合成像方案,并使用人体大小的设备进行消融,所有这些都有助于转化为临床常规。通过将我们的机械和代谢成像标记与代谢建模(A02)、干扰/解干扰分析(A03)、体内机械异质性(C01)、组织流动性(C02)和固体应力(C03)相结合,我们的目标是更深入地了解肝脏肿瘤及其TME在生物力学和代谢方面的动态相互作用,以确定早期肿瘤诊断、个性化治疗计划和治疗监测的生物标志物。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Dr. Jing Guo, Ph.D.其他文献

Dr. Jing Guo, Ph.D.的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Dr. Jing Guo, Ph.D.', 18)}}的其他基金

Structure-sensitive quantitative MR imaging of renal mechanical properties: Combined anisotropic MR elastography and diffusion tensor imaging for the assessment of renal function
肾脏机械特性的结构敏感定量 MR 成像:结合各向异性 MR 弹性成像和扩散张量成像来评估肾功能
  • 批准号:
    317329106
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
B03 Scaffold composition and fluid pressure in recellularized hepatic and pancreatic tumors
B03 再细胞化肝和胰腺肿瘤中的支架组成和流体压力
  • 批准号:
    530848218
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Units
C03 Predictive mechanical tumor markers: solid stress and multiscale viscoelastic data analysis
C03 预测性机械肿瘤标志物:固体应力和多尺度粘弹性数据分析
  • 批准号:
    530849390
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Units
Rheological Magnetic Resonance Elastography for the Quantification of Cancer Biomechanical Properties towards Better Diagnoses and Therapies
流变磁共振弹性成像用于量化癌症生物力学特性,以实现更好的诊断和治疗
  • 批准号:
    504873209
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Heisenberg Grants

相似国自然基金

PROCR信号通路介导的血管新生在卵巢组织移植中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82371726
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
巨噬细胞通过Piezo1感知组织硬度限制肝脏纤维化的作用机制研究
  • 批准号:
    82371760
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
极性蛋白Par3敲除改变GHR信号通路促进肝器官增大机制
  • 批准号:
    31900565
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于滋养层类器官探究早期胎盘发育
  • 批准号:
    31900572
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
脱硫弧菌通过肠肝轴诱导肝纤维化的机制研究
  • 批准号:
    31970746
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
人胆囊源CD63+细胞的干性特征与分化特性的研究
  • 批准号:
    31970753
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    52.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
软骨调节素调控BMSCs骨和软骨双向分化平衡的研究
  • 批准号:
    81272128
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于脂肪干细胞的同种异体肌腱缺损修复及机制
  • 批准号:
    81101359
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
血管外膜脂肪组织对动脉粥样硬化斑块稳定性的影响及其机制
  • 批准号:
    81170265
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    50.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
脂肪来源干细胞诱导尿路上皮细胞及其机制的研究
  • 批准号:
    81070605
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

The context-dependent role of Caveolin-1 as a driver of cellular adaptation in Ewing Sarcoma
Caveolin-1 作为尤文肉瘤细胞适应驱动因素的背景依赖性作用
  • 批准号:
    10662162
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Elucidating the Role of YAP and TAZ in the Aging Human Ovary
阐明 YAP 和 TAZ 在人类卵巢衰老中的作用
  • 批准号:
    10722368
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Defining the role of mechanoresponsive adipocyte-to-fibroblast transition in wound fibrosis.
定义机械反应性脂肪细胞向成纤维细胞转变在伤口纤维化中的作用。
  • 批准号:
    10654464
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Elucidating the Role of Microenvironment Mechanics in Regulating Cardiac Myofibroblast Plasticity
阐明微环境力学在调节心脏肌成纤维细胞可塑性中的作用
  • 批准号:
    10570135
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Role of mechanical heterogeneity in cerebral aneurysm growth and rupture
机械异质性在脑动脉瘤生长和破裂中的作用
  • 批准号:
    10585539
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Understanding the Role of Mechanical Boundary Conditions on Tissue Assembly and Repair in 3D Fibrous Microtissues
了解机械边界条件对 3D 纤维微组织中组织组装和修复的作用
  • 批准号:
    2311640
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Uncovering the role of inppl1a in notochord vacuolation and the development of a straight body axis.
揭示 inppl1a 在脊索空泡化和直体轴发育中的作用。
  • 批准号:
    10826125
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
The Role of Irisin in Initiating Resorption During the Skeletal Response to Exercise
鸢尾素在骨骼运动反应过程中启动吸收的作用
  • 批准号:
    10572067
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Using cryo-electron tomography and live-cell fluorescent imaging to study the role of cofilin in regulating neuronal filopodial structure and dynamics
利用冷冻电子断层扫描和活细胞荧光成像研究丝切蛋白在调节神经元丝状伪足结构和动力学中的作用
  • 批准号:
    10586225
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Investigating the role of nuclear mechanics in the regulation of chromatin structure and embryonic cell fate
研究核力学在染色质结构和胚胎细胞命运调节中的作用
  • 批准号:
    10723483
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了