Metabolism plays a complex role in the evolution of cancerous tumors, including inducing a multifaceted effect on the immune system to aid immune escape. Immune escape is, by definition, a collective phenomenon by requiring the presence of two cell types interacting in close proximity: tumor and immune. The microenvironmental context of these interactions is influenced by the dynamic process of blood vessel growth and remodelling, creating heterogeneous patches of well-vascularized tumor or acidic niches. We present a multiscale mathematical model that captures the phenotypic, vascular, microenvironmental, and spatial heterogeneity which shapes acid-mediated invasion and immune escape over a biologically-realistic time scale. We model immune escape mechanisms such as i) acid inactivation of immune cells, ii) competition for glucose, and iii) inhibitory immune checkpoint receptor expression (PD-L1) under anti-PD-L1 and sodium bicarbonate buffer therapies. To aid in understanding immune escape as a collective cellular phenomenon, we define immune escape in the context of six collective phenotypes (termed "meta-phenotypes"): Self-Acidify, Mooch Acid, PD-L1 Attack, Mooch PD-L1, Proliferate Fast, and Starve Glucose. Fomenting a stronger immune response leads to initial benefits but this advantage is offset by increased cell turnover that accelerates the emergence of aggressive phenotypes by inducing an evolutionary bottleneck. This model helps to untangle the key constraints on evolutionary costs and benefits of three key phenotypic axes on tumor invasion and treatment: acid-resistance, glycolysis, and PD-L1 expression. The benefits of concomitant anti-PD-L1 and buffer treatments is a promising treatment strategy to limit the adverse effects of immune escape.

Glioblastoma (GBM) is the most aggressive form of primary brain tumor. Complete surgical resection of GBM is almost impossible due to the infiltrative nature of the cancer. While no evidence for recent selection events have been found after diagnosis, the selective forces that govern gliomagenesis are strong, shaping the tumor9s cell composition during the initial progression to malignancy with late consequences for invasiveness and therapy response. We present a mathematical model that simulates the growth and invasion of a glioma, given its ploidy level and the nature of its brain tissue micro-environment (TME), and use it to make inferences about GBM initiation and response to standard-of-care treatment. We approximate the spatial distribution of resource access in the TME through integration of in-silico modelling, multi-omics data and image analysis of primary and recurrent GBM. In the pre-malignant setting, our in-silico results suggest that low ploidy cancer cells are more resistant to starvation-induced cell death. In the malignant setting, between first and second surgery, simulated tumors with different ploidy compositions progressed at different rates. Whether higher ploidy predicted fast recurrence, however, depended on the TME. Historical data supports this dependence on TME resources, as shown by a significant correlation between the median glucose uptake rates in human tissues and the median ploidy of cancer types that arise in the respective tissues (Spearman r = -0.70; P = 0.026). Taken together our findings suggest that availability of metabolic substrates in the TME drives different cell fate decisions for cancer cells with different ploidy and shapes GBM disease initiation and relapse characteristics.

Age is a major risk factor for cancer, but how aging impacts tumor control remains unclear. Here, we establish that aging of the immune system, regardless of the age of the stroma and tumor, drives lung cancer progression. Hematopoietic aging enhances emergency myelopoiesis, resulting in the local accumulation of myeloid progenitor-like cells in lung tumors. These cells are a major source of IL-1⍺ that drives the enhanced myeloid response. The age-associated decline of DNMT3A enhances IL-1⍺ production, and disrupting IL-1R1 signaling early during tumor development normalized myelopoiesis and slowed the growth of lung, colonic, and pancreatic tumors. In human tumors, we identified an enrichment for IL-1⍺-expressing monocyte-derived macrophages linked to age, poorer survival, and recurrence, unraveling how aging promotes cancer and offering actionable therapeutic strategies.