Generation of a human axonal bundle model to study glioblastoma migration

Glioblastoma remains one of the most aggressive and lethal forms of brain cancer, primarily due to its highly invasive nature and its tendency to recur following surgical resection. A critical factor in this progression is the ability of tumour cells to exploit anatomical structures, particularly white matter tracts, as substrates for dissemination. While recent research has highlighted that this migration is influenced by both the physical architecture of the brain and its electrical activity, current in vitro models often fail to accurately replicate the complex human-specific geometrical and topographical features of these axonal bundles, limiting our understanding of glioblastoma migration. This thesis work presents the development of a reliable and reproducible in vitro platform designed to study glioblastoma migration specifically along human white matter tracts. By integrating photolithography with stereolithography 3D printing, a microfluidic device was fabricated to provide micrometer-scale spatial confinement. This platform utilizes human-derived neuronal organoids to generate organized axonal bundles within microchannels, creating a structural and biochemical environment that closely mimics the human in vivo condition. The results demonstrate that the platform is biocompatible and capable of supporting robust axonal growth. Integrated glioblastoma cells successfully migrated along these human axonal bundles, allowing for the observation of migratory kinetics and morphology that have been difficult to achieve in traditional animal-derived or 2D models. By providing a controlled, human-centric environment to deconstruct the cues governing tumour dissemination, this work offers a valuable tool for identifying novel therapeutic targets and developing personalized strategies to intercept glioblastoma invasion.

Il glioblastoma è una delle forme di cancro al cervello più aggressive e letali, principalmente a causa della sua natura altamente invasiva e della tendenza a ripresentarsi dopo la resezione chirurgica. Un fattore critico in questa progressione è la capacità delle cellule tumorali di sfruttare le strutture anatomiche, in particolare i tratti di sostanza bianca, come "autostrade" per la disseminazione. Sebbene ricerche recenti abbiano evidenziato che questa migrazione è influenzata sia dall'architettura fisica del cervello che dalla sua attività elettrica, gli attuali modelli in vitro spesso non riescono a catturare le complesse interazioni, specifiche per l'uomo, tra le cellule tumorali e i fasci assonali organizzati. Questo lavoro di tesi presenta lo sviluppo di una piattaforma in vitro affidabile e riproducibile, progettata per studiare la migrazione del glioblastoma specificamente lungo i tratti di sostanza bianca umana. Integrando la fotolitografia con la stampa 3D stereolitografica, è stato fabbricato un dispositivo microfluidico per fornire un confinamento spaziale su scala micrometrica. Questa piattaforma utilizza organoidi neuronali di derivazione umana per generare fasci assonali organizzati all'interno di microcanali, creando un ambiente strutturale e biochimico che imita fedelmente la condizione umana in vivo. I risultati dimostrano che la piattaforma è biocompatibile e in grado di sostenere una robusta crescita assonale. Le cellule di glioblastoma integrate sono migrate con successo lungo questi fasci assonali umani, permettendo l'osservazione della cinetica migratoria e della morfologia, obiettivi difficili da raggiungere nei modelli tradizionali 2D o derivati da animali. Fornendo un ambiente controllato e focalizzato sull'uomo per decostruire i segnali che governano la diffusione del tumore, questo lavoro offre uno strumento prezioso per identificare nuovi bersagli terapeutici e sviluppare strategie personalizzate per intercettare l'invasione del glioblastoma.