Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is an extremely metastatic and lethal disease. Here in both murine and human PDA we demonstrate that extracellular matrix architecture regulates cell extrusion and subsequent invasion from intact ductal structures through Tumor-Associated Collagen Signatures (TACS), resulting in early dissemination from histologically pre-malignant lesions and continual invasion from well-differentiated disease. Furthermore, we show that pancreatitis results in invasion-conducive architectures, thus priming the stroma prior to malignant disease. Analysis in novel microfluidics-derived microtissues and in vivo demonstrates decreased extrusion and invasion following focal adhesion kinase (FAK) inhibition, consistent with decreased metastasis. Thus, data suggest that targeting FAK or strategies to re-engineer and normalize tumor microenvironments, may have a role not only in also in very early disease but also for limiting continued dissemination from unresectable disease. Likewise, it may be beneficial to employ stroma targeting strategies to resolve precursor diseases such as pancreatitis in order to remove stromal architectures that increase risk for early dissemination. Impact Statement Collagen architectures in the tumor stroma facilitate dissemination of carcinoma cells from the earliest histologically “pre-malignant” lesions and continue to promote disease spread from well-differentiated PDA.

ABSTRACT Defining the principles of T cell migration in structurally and mechanically complex tumor microenvironments is critical to understanding sanctuaries from antitumor immunity and optimizing T cell-related therapeutic strategies. To enhance T cell migration through complex microenvironments, we engineered nanotextured platforms that allowed us to define how the balance between T cell phenotypes influences migration in response to tumor-mimetic structural and mechanical cues and characterize a mechanical optimum for migration that can be perturbed by manipulating an axis between microtubule stability and force generation. In 3D environments and live tumors, we demonstrate that microtubules instability, leading to increased Rho pathway-dependent cell contractility, promotes migration while clinically used microtubule-targeting chemotherapies profoundly decrease effective migration. Indeed, we show that rational manipulation of the microtubule-contractility axis, either pharmacologically or through genome engineering, results in engineered T cells that more effectively move through and interrogate 3D matrix and tumor volumes. This suggests that engineering cells to better navigate through 3D microenvironments could be part of an effective strategy to enhance efficacy of immune therapeutics.

Abstract Exposure to pathogens throughout a lifetime influences immunity and organ function. Here, we explored how the systemic host-response to bacterial urinary tract infection (UTI) induces tissue-specific alterations to the mammary gland. Utilizing a combination of histological tissue analysis, single cell RNA sequencing and flow cytometry, we identified that mammary tissue from UTI-bearing mice display collagen deposition, enlarged ductal structures, ductal hyperplasia with atypical epithelial transcriptomes and altered immune composition. Bacterial cells were absent in the mammary tissue and blood of UTI-bearing mice, therefore, alterations to the distal mammary tissue were mediated by the systemic host response to local infection. Furthermore, broad spectrum antibiotic treatment resolved the infection and restored mammary cellular and tissue homeostasis. Systemically, unresolved UTI correlated with increased plasma levels of the metalloproteinase inhibitor, TIMP1, which controls extracellular matrix (ECM) remodeling and neutrophil function. Treatment of nulliparous and post-lactation UTI-bearing female mice with a TIMP1 neutralizing antibody, or broad-spectrum antibiotic, prevented mammary collagen deposition, thus providing evidence for an unexpected link between the systemic host response during UTI and mammary alterations. Summary The systemic response during urinary tract infection induces TIMP1-driven collagen deposition specifically into the mammary gland.