Andamios impresos en 3D para la reparación de la médula espinal

Más de 15 millones de personas En todo el mundo viven con lesión de la médula espinal (LME). Sólo en Estados Unidos, más de 300,000 personas sufren de LME, según el Centro Nacional de Estadísticas de Lesiones de la Médula Espinal.

A pesar de estas cifras, no hay forma de revertir el daño causado por la lesión. Sin embargo, dado el efecto devastador que la LME tiene en los pacientes y la sociedad, tanto investigadores como empresas están buscando activamente tratamientos eficaces.

El costo global de las lesiones de la médula espinal (LME)

La lesión de la médula espinal (LME) es una afección sumamente debilitante que restringe gravemente la capacidad de una persona para realizar actividades diarias. 

Se trata de un daño a la médula espinal, una estructura nerviosa central que se extiende desde el cerebro hasta la parte baja de la espalda. Como titular de parte clave del sistema nervioso central, la médula espinal acarreos señales nerviosas entre el cerebro y el cuerpo.

Este tubo largo y cilíndrico hecho de tejidos corre por el centro de nuestra columna vertebral y esta protegido por las vértebras y tres capas de membranas. Sin embargo, actividades como caídas, accidentes de tráfico y accidentes de motocicleta y automóvil pueden causar daño a la médula espinal. 

Los hombres se ven afectados con mayor frecuencia por lesiones de la médula espinal que las mujeres.

Dependiendo de la forma en que la lesión afecta la médula espinal y la ubicación de la lesión, es organizado en la columna cervical (cuello), la columna torácica (parte superior de la espalda hasta debajo del ombligo), la columna lumbar (parte inferior de la espalda) y la columna sacra (desde los glúteos hasta el coxis).

Hay un total de 31 segmentos en la médula espinal humana, que consta de 8 segmentos cervicales, 12 torácicos, cinco lumbares, cinco sacros y uno coccígeo. 

En términos de gravedad, la lesión medular podría ser completa, sin función motora ni sensorial por debajo del nivel de la lesión, o incompleta, donde alguna función se conserva.

Cualquier daño a la médula espinal puede afectar el movimiento, la función y la sensibilidad. Además del deterioro físico, las personas con LME también pueden experimentar efectos secundarios mentales, emocionales y sociales.

Un caso grave de LME puede causar parálisis, pero también es posible la muerte. Las personas con esta afección suelen fallecer prematuramente debido al acceso insuficiente o a la mala calidad de los servicios de salud, por lo que su tasa de mortalidad hospitalaria es casi tres veces mayor en los países de ingresos bajos y medios que en los de ingresos altos.

Las personas con lesión de la médula espinal también corren el riesgo de desarrollar enfermedades secundarias debilitantes e incluso potencialmente mortales.

Si bien los niños con esta afección tienen menos probabilidades de comenzar la escuela y, si se matriculan, menos probabilidades de progresar, los adultos con LME presentan tasas de desempleo superiores al 60 %. Por lo tanto, las menores tasas de participación escolar y económica conllevan costos sustanciales, tanto individuales como sociales. 

Los tratamientos efectivos son esenciales para aliviar la carga mundial de LME.

Tratamientos innovadores para lesiones de la médula espinal en desarrollo

Los científicos en todo el mundo han estado trabajando en encontrando caminos para reparar lesiones de la médula espinal. Se están realizando estudios que buscan nuevos tratamientos en todo el mundo, abriendo puertas a mejores resultados después estas lesiones.

Hace apenas un par de meses, en un estudio innovador, los investigadores... desarrolló un implante ultrafino¹ que se ubica directamente sobre la médula espinal y envía corrientes eléctricas a la parte lesionada, imitando señales naturales para estimular la curación del nervio.

Al probado en ratasEl dispositivo restauró el movimiento y la sensación táctil sin causar inflamación ni ningún otro daño.

A diferencia de un corte en la piel, que generalmente sana por sí solo, la médula espinal no se regenera eficazmente, lo que hace que estas lesiones sean devastadoras y actualmente incurables.

– El investigador principal, Dr. Bruce Harland, investigador principal de la Facultad de Farmacia de Waipapa Taumata Rau, Universidad de Auckland

Con su implante, el equipo busca cambiar esta situación. A largo plazo, la idea es convertirlo en un dispositivo médico que beneficie a las personas que viven con estas lesiones medulares que les cambian la vida.

En otro estudio realizado este año, los investigadores Demostró tasas impresionantes de recuperación de la LME² mediante la combinación de la estimulación del nervio vago de circuito cerrado (CLV) con rehabilitación individualizada.

Los pulsos eléctricos se envían al cerebro a través de un pequeño dispositivo que se implanta en el cuello. está cronometrado Para enviar pulsos durante ejercicios de rehabilitación. Se ha demostrado que la estimulación del nervio vago durante la fisioterapia reconecta las áreas cerebrales dañadas por un accidente cerebrovascular y mejora la recuperación.

El estudio en realidad sirvió como ensayo clínico, y el implante ayudó a los participantes con lesión medular cervical crónica e incompleta a lograr una mejora significativa en la fuerza del brazo y la mano.

Basado en más de una década de esfuerzos en bioingeniería y neurociencia en UT Dallas, el último enfoque ahora procederá a superar el obstáculo final para su posible aprobación por parte de la FDA para el tratamiento del deterioro de las extremidades superiores debido a LME.

El año pasado, un equipo de cirujanos, neurocientíficos e ingenieros de la Universidad de Cambridge también Se desarrollaron implantes "envolventes" para tratar la lesión de la médula espinal³.

Como su nombre indica, este dispositivo electrónico delgado, diminuto y de alta resolución se envuelve alrededor de la médula espinal, lo que permite su registro y estimulación en 360 grados. También podría evitar una lesión medular completa en caso de interrupción de la comunicación.

Si bien el tratamiento para las lesiones de la columna está lejos, el dispositivo puede ayudarnos a comprender mejor esta parte poco estudiada de la anatomía humana de una manera no invasiva y, a su vez, ayudar en el desarrollo de terapias

Otro estudio que utiliza estimulación eléctrica para tratar lesiones de la médula espinal provino del Real Colegio de Cirujanos de Irlanda (RCSI).

Este detalló un implante impreso en 3D⁴ que imita la estructura de la médula espinal con una malla ultrafina y eléctricamente conductora que proporciona estimulación dirigida a las áreas dañadas, promoviendo el crecimiento de neuronas y células madre.

El equipo pudo mejorar su eficacia del dispositivo Ajustando la disposición de las fibras, se abren posibilidades para Postulación en curación ortopédica, cardíaca y neurológica.

Mientras tanto, los investigadores de la Universidad Rutgers han utilizado IA y robótica para tratar la LME. Ellos emplearon la tecnología para formular proteínas terapéuticas altamente sensibles, lo que permitió al equipo estabilizar con éxito la enzima condroitinasa ABC (ChABC), que se sabe que reduce el tejido cicatricial resultante de la LME y promueve la regeneración tisular. 

La enzima ChABC es extremadamente inestable a la temperatura corporal humana normal (98.6 °C), perdiendo su actividad en tan solo unas horas. Por ello, a menudo se requieren infusiones repetidas de dosis altas para mantener el beneficio terapéutico. Sin embargo, los copolímeros sintéticos pueden envolver las enzimas y ayudar a estabilizarlas en entornos que de otro modo serían hostiles.

Los investigadores utilizaron robótica de manipulación de líquidos para sintetizar y probar varios capacidad de los copolímeros para estabilizar ChABC y mantener la actividad en 98.6 ° F. Encontraron varios copolímeros capaces de hacer eso, y una combinación de copolímeros retiene el 30% de la enzima durante hasta una semana, un resultado prometedor para pacientes con LME.

Ahora, investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities han... built Un andamio impreso en 3D con canales a microescala que guían el tallo crecimiento de las células cobren trabajando células nerviosas. Promueve el crecimiento axonal, la maduración celular y formación de redes neuronales.

La técnica ha restaurado con éxito el movimiento en ratas con médula espinal cortada, lo que promete transformar el tratamiento futuro para humanos con lesiones de médula espinal.

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Andamios impresos en 3D para la reparación de la médula espinal

Si bien se han logrado avances significativos en el tratamiento clínico para mejorar la calidad de vida de los pacientes, continúan produciéndose lesiones de la médula espinal. TambiénActualmente no hay tratamientos disponibles para it.

Dada la complejidad de las lesiones de la médula espinal, nuevas opciones de tratamiento serían muy bienvenidas y beneficiosas para los pacientes con LME.

El nuevo estudio informa sobre el trasplante de células progenitoras neuronales regionalmente específicas (sNPC) sea Un enfoque crucial para la restauración funcional. Estas células tienen ha demostrado para establecer conexiones de trabajo con circuitos neuronales en toda el área dañada. 

Sin embargo, en orden para maximizar las capacidad regenerativa, no sólo es necesario definir poblaciones de células trasplantadas y administrar células regionalmente específicas al área dañada, sino definir El mecanismo de acción de estas células es también desafiante. 

Si bien los estudios han demostrado beneficios funcionales de diferentes terapias, estos no se traducirán en lesiones de médula espinal crónicas debido a que son principalmente mecanismos neuroprotectores en lesiones agudas y subagudas. Hay simplemente una necesidad de perseguir nuevas estrategias, como establecer un mecanismo de relevo mediante la integración de las células trasplantadas en el circuito neuronal. 

Los organoides de la médula espinal constituyen un sustrato ideal para esta tarea. Al fin y al cabo, son estructuralmente muy similares a la médula espinal. En este estudio, el uso de tecnología 3D para el trasplante de células madre neurales ha demostrado ser prometedor.

Realmente no se pueden inyectar células directamente en el espacio de la médula espinal, ya que eso proporciona un soporte estructural insuficiente. Este problema puede Ser dirigido mediante andamios impresos en 3D, que no sólo soporte estructural pero también brindar Orientación biológica y mecánica para las células. 

tecnologías de impresión 3D También han demostrado la capacidad de crear andamios cargados de células que pueden adaptarse a la forma del área de la lesión, mejorando potencialmente las interacciones injerto-huésped después del trasplante. 

Sin embargo, la aplicación de andamios impresos en 3D en organoides aún está en sus inicios.

Por lo tanto, la Investigadores de la Universidad de Minnesota crearon andamios organoides de médula espinal impresos en 3D by utilizando sNPC derivadas de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC), que tienden a evitar el rechazo inmunológico.

Estudios han demostrado que las células sNPC regionales específicas derivadas de PSC pueden mantener su especificidad regional después del trasplante. La mayoría de estas células se diferencian en neuronas para reemplazar las células perdidas o dañadas, replicando así el tejido de la médula espinal. 

En lo que respecta al material para la impresión de andamios, el equipo recurrió a la silicona, que es ampliamente utilizado en aplicaciones médicas.  

Derivada de elementos naturales, la silicona es un polímero sintético. eso es conocido por su alta biocompatibilidad y excelente, resistencia a la oxidación. Mientras tanto, su alta permeabilidad a los gases favorece la supervivencia de las células que demandan oxígeno.

Además, al no ser degradable, la silicona es un material de andamiaje ideal para el crecimiento de células impresas en organoides, ya que no se desintegra. El equipo de investigación también ha analizado previamente andamiajes de silicona en un entorno de laboratorio controlado.

Con esto, el equipo procedió a construir andamios de silicona organoides de médula espinal bioimpresos en 3D para promover la recuperación funcional en una rata con la médula espinal seccionada. 

Acortar la brecha entre la esperanza y la sanación con un marco funcional

En este novedoso enfoque, los investigadores de la Universidad de Minnesota han combinado la biología de células madre, tejidos cultivados en laboratorio e impresión 3D para sanar lesiones de la médula espinal.

El proceso innovador fue detallado en el estudio titulado Andamios impresos en 3D promueven una mejor formación de organoides espinales para su uso en lesiones de la médula espinal⁵, el cual fue publicado recientemente en la revista científica revisada por pares Advanced Healthcare Materials.

Con la nueva investigación, las Los científicos están abordando las Un gran desafío con la lesión, cual es la muerte de las células nerviosas y la incapacidad de las fibras nerviosas para volver a crecer en el sitio de la lesión.

El marco único de impresión 3D que que han creado para órganos cultivados En el laboratorio se denomina andamio organoide. Se imprimió el andamio 3D con canales a microescala. capa por capa Mientras que los sNPC eran put en microcanales utilizando un sistema de impresión multimaterial basado en extrusión.

Las células madre neuronales sNPC son un tipo de célula madre humana programada para ser específica de la médula espinal, con el objetivo de ser utilizadas en futuras terapias de reemplazo celular tras una lesión medular. Estas células se dividen y diferencian en tipos específicos de células maduras. 

A diferencia de las células madre neuronales derivadas del cerebro, las sNPC se integran en la médula espinal del huésped y se diferencian en neuronas, formando redes neuronales esencial para la recuperación funcional y el restablecimiento de conexiones dentro de los circuitos neuronales existentes. 

“Utilizamos los canales impresos en 3D del andamio para dirigir el crecimiento de las células madre, lo que garantiza que las nuevas fibras nerviosas crezcan de la forma deseada”, explicó el primer autor del estudio, Guebum Han, exinvestigador postdoctoral en ingeniería mecánica de la Universidad de Minnesota, quien actualmente trabaja en Intel Corporation. “Este método crea un sistema de retransmisión que, al colocarse en la médula espinal, evita la zona dañada”.

Los investigadores probaron su marco en ratas para comprobar su viabilidad. Los andamios fueron trasplantados en ratas cuyas médulas espinales fueron completamente cortadas y las células se diferenciaron con éxito en neuronas.

A las doce semanas del trasplante, mientras la mayoría de las células de los andamios se diferenciaban en neuronas, muchas se extendían hacia la médula espinal del huésped. Las fibras nerviosas se extendieron tanto rostralmente (hacia la cabeza) como caudalmente (hacia la cola), formando nuevas conexiones con los circuitos nerviosos existentes del huésped.

Con el tiempo, las nuevas células nerviosas se integraron sin problemas en el tejido de la médula espinal de la rata, lo que condujo a una recuperación funcional considerable. Según Ann Parr, profesora de neurocirugía de la Universidad de Minnesota:

La medicina regenerativa ha inaugurado una nueva era en la investigación de las lesiones medulares. Nuestro laboratorio está entusiasmado por explorar el potencial futuro de nuestras "minimédulas espinales" para su aplicación clínica.

Sin embargo, la investigación aún se encuentra en su fase preliminar. A pesar de ser una etapa temprana, ofrece un posible tratamiento nuevo y transformador para las personas con lesiones de la médula espinal.

Financiado por la Sociedad de la Médula Espinal, los Institutos Nacionales de Salud y el Programa de Subvenciones para la Investigación de Lesiones de la Médula Espinal y Lesiones Cerebrales Traumáticas del Estado de Minnesota, el equipo de investigación ahora tiene como objetivo ampliar la producción de su tecnología.

Además, el equipo seguirá desarrollándose. su combinación de tecnologías: sNPC, ensamblaje de organoides y estrategias de impresión 3D para futuras aplicaciones clínicas.

Invertir en la reparación espinal de última generación

Una de las empresas de dispositivos médicos más grandes del mundo, Medtronic plc (MDT -0.6%), tiene una profunda experiencia en implantes, interfaces neuronales y dispositivos aprobados por la FDA.

También ha desarrollado estimuladores de la médula espinal y dispositivos de neuromodulación para dolor y trastornos del movimiento.

Los dispositivos de estimulación de la médula espinal (SCS) recargables de la empresa incluyen Inceptiv y el Intellis y el Vanta sin recarga. Estos pequeños, de tamaño cómodo Los dispositivos ofrecen un alivio del dolor personalizado. con Tecnología de detección de circuito cerrado y ajustes de terapia basándose en posición del cuerpo, permitiendo al mismo tiempo a los usuarios deben acudir exploraciones de resonancia magnética de cuerpo completo.

La opción de tratamiento sin opioides de Medtronic está diseñado para aliviar el dolor crónico mediante la administración de pequeños pulsos eléctricos para interrumpir las señales de dolor antes de que lleguen al cerebro.

Medtronic plc (MDT -0.6%)

A principios de este año, la compañía publicó datos de un año de duración de su ensayo clínico, que evaluó el estimulador de médula espinal de circuito cerrado (CL-SCS) de Inceptiv en pacientes con dolor de piernas y dolor lumbar crónico (CLBP). Los datos mostraron beneficios en la mejora del dolor, la función física y la calidad de vida, a la vez que reducían la sobreestimulación.

La función de circuito cerrado detecta las señales biológicas únicas de cada persona y, en función de eso, ajusta la estimulación según sea necesario. 

La empresa global de atención médica con sede en Irlanda tiene como objetivo aliviar el dolor, restaurar la salud y prolongar la vida a través de sus tecnologías y terapias que tratan 70 afecciones de salud, incluidas bombas de insulina, dispositivos cardíacos, herramientas quirúrgicas, robótica quirúrgica, sistemas de monitoreo de pacientes y más.

El segmento de cardiología es el negocio principal de Medtronic y representa el 37% de los ingresos, seguido de neurociencia, cirugía médica y otros, que se centran principalmente en... implica tratamiento de la diabetes.

Con una capitalización bursátil de 118 mil millones de dólares, las acciones de MDT cotizan actualmente a 92.36 dólares, un 15.24 % más en lo que va del año. Presenta un BPA (TTM) de 3.62 y un PER (TTM) de 25.44. Medtronic también ofrece a sus accionistas una rentabilidad por dividendo del 3.09 %.

En cuanto a las finanzas, la empresa de tecnología médica más grande del mundo por ingresos informó un aumento del 8.4% en los ingresos a $ 8.6 mil millones para el primer trimestre del año fiscal 2026, que finalizó el 25 de julio de 2025.

Su EPS diluido GAAP fue de $0.81 y su EPS diluido no GAAP fue de $1.26.

Mientras que el director ejecutivo Geoff Martha destacó un crecimiento orgánico constante de los ingresos y la fortaleza de múltiples categorías de productos, el director financiero Thierry Piéton compartió su confianza en lograr resultados aún mejores en el futuro a medida que Medtronic ejecuta "eficiencias en fabricación, cadena de suministro y gastos operativos para impulsar el crecimiento de las ganancias y aumentar nuestras inversiones de crecimiento en I+D, ventas y marketing.

Este mes, el fabricante de dispositivos médicos anunció la incorporación de dos nuevos directores a su junta directiva para buscar oportunidades de inversión e impulsar el crecimiento de las ganancias. También ha creado un Comité de Crecimiento para ayudar a mitigar el bajo rendimiento de las acciones.

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Conclusión

La lesión medular es una afección neurológica devastadora que puede provocar un deterioro funcional significativo de por vida. Además, supone una carga considerable para las personas, las familias y los sistemas de salud, por lo que es crucial encontrar un mejor tratamiento y, posiblemente, reparar esta parte clave de nuestro sistema nervioso central.

Con organoides, bioingeniería e impresión 3D, los investigadores están abordando uno de los problemas más complejos de la medicina. Si bien las terapias humanas aún están a años de distancia, una vez implementadas y ampliadas, la tecnología puede ayudar a millones de personas a recuperarse y recuperar su independencia.

Referencias:

1. Harland, B., Matter, L., Lopez, S., et al. El tratamiento diario con campo eléctrico mejora los resultados funcionales después de una lesión de la médula espinal por contusión torácica en ratas. Nature Communications, 16, 5372, publicado el 26 de junio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-60332-0
2. Kilgard, MP, Epperson, JD, Adehunoluwa, EA, et al. La estimulación del nervio vago en circuito cerrado favorece la recuperación de lesiones de la médula espinal. Nature, 643, 1030–1036, publicado el 21 de mayo de 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09028-5
3. Woodington, BJ, Lei, J., Carnicer-Lombarte, A., Güemes-González, A., Naegele, TE, Hilton, S., El-Hadwe, S., Trivedi, RA, Malliaras, GG y Barone, DG Bioelectrónica circunferencial flexible para permitir la grabación y estimulación de 360 ​​grados de la médula espinal. Science Advances, 10(19), eadl1230, publicado el 8 de mayo de 2024. https://doi.org/10.1126/sciadv.adl1230
4. La impresión 3D de micromallas electroconductoras basadas en MXene en un andamio biomimético basado en ácido hialurónico dirige y mejora la estimulación eléctrica para aplicaciones de reparación neuronal. Ciencia avanzada, eadvs.202503454, publicado el 15 de julio de 2025. https://doi.org/10.1002/advs.202503454
5. Los andamios impresos en 3D promueven una mejor formación de organoides espinales para su uso en lesiones de la médula espinal. Materiales avanzados de salud, eadhm.202404817, publicado el 23 de julio de 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817