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

> **NIH NIH R01** · UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS AMHERST · 2020 · $353,444

## Abstract

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.

## Key facts

- **NIH application ID:** 9891030
- **Project number:** 5R01CA237171-02
- **Recipient organization:** UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS AMHERST
- **Principal Investigator:** Jungwoo Lee
- **Activity code:** R01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $353,444
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2019-03-11 → 2024-02-29

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9891030

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9891030, Implantable pre-metastatic niche to elucidate the impact of chemotherapy-induced metastatic relapse (5R01CA237171-02). Retrieved via AI Analytics 2026-05-24 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9891030. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*