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

流行病学研究表明，化疗可以增加一部分患者的转移机会， 但由于缺乏相关的实验模型，其内在机制仍不清楚。的目标 本研究旨在阐明化疗对组织工程肿瘤复发的影响， 转移模型，可以捕获具有高水平分子和细胞细节的转移小生境演变。 受最近在主要转移器官中发现的前转移小生境（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， 血管化的促炎微环境。这种可植入的 PMN模型已显示吸引和支持循环肿瘤细胞的植入和生长， 可以连续植入同系的幼稚小鼠用于长期研究。 的透明材料， 植入物与通过多种成像模式进行定量成像分析相容 细胞染色，基于细胞学的整个支架的光学切片，以及通过皮褶的活体成像 窗口室。 我们的中心假设是化疗引起的组织炎症和重塑激活了 休眠的播散性肿瘤细胞，并导致它们迁移并作为细胞功能在原位形成簇 number. 形成细胞簇可以使细胞克服微环境调节，重新获得细胞生长。 攻击型 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 在MMTV-BMPyMT雌性小鼠中建立PMN模型，并通过以下方法证明转移性小生境的长期演变： 将在原代小鼠中建立的早期转移性小生境连续移植到第二代同基因FVB小鼠。为 为了达到这个目的，我们将产生MMTV-α-Luc 2-β-PyMT小鼠，其允许非侵入性的长期生物发光 监测转移复发。 在目标2中，我们将使用目标1中验证的技术来观察 阿霉素化疗对骨髓和肝脏中性粒细胞转移过程的影响 模型 在目标3中，我们将应用已建立的算法来测量效力，以确定辅助治疗是否 与抗炎（阿那白滞素）或抗巨噬细胞（氯膦酸盐）药物联合使用， 转移复发，并将研究辅助治疗时机的影响。这项研究意义重大，因为它 有可能促进开发更好的治疗方案， 肿瘤细胞，而不激活休眠的播散性肿瘤细胞，这将显着改善长期生存 转移预防。

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.