Échafaudages imprimés en 3D pour la réparation de la moelle épinière

Plus de 15 millions de personnes dans le monde vivent avec une lésion de la moelle épinière (SCI). Aux États‑Unis seulement, plus de 300 000 personnes souffrent de SCI, selon le National Spinal Cord Injury Statistical Center.

Malgré ces chiffres, il n’existe réellement aucun moyen d’inverser les dommages causés par la blessure. Mais compte tenu de l’effet dévastateur de la SCI sur les patients et la société, les chercheurs et les entreprises cherchent activement des traitements efficaces.

Le fardeau mondial des lésions de la moelle épinière (SCI)

La lésion de la moelle épinière (SCI) est une condition très invalidante qui restreint sévèrement la capacité d’une personne à accomplir les activités quotidiennes. 

Elle implique des dommages à la moelle épinière, une structure nerveuse centrale qui s’étend du cerveau jusqu’au bas du dos. En tant que partie clé du système nerveux central, la moelle épinière transporte les signaux nerveux entre le cerveau et le corps.

Ce long tube cylindrique composé de tissus se trouve au centre de notre colonne vertébrale et est protégé par les vertèbres et trois couches de membranes. Mais des activités comme les chutes, les accidents de conduite, ainsi que les collisions de motos et d’automobiles peuvent endommager la moelle épinière. 

Les hommes sont plus souvent affectés par les lésions de la moelle épinière que les femmes.

Selon la façon dont la blessure affecte la moelle épinière et son emplacement, elle est classée en colonne cervicale (cou), colonne thoracique (haut du dos jusqu’en dessous du nombril), colonne lombaire (bas du dos) et colonne sacrée (fesses jusqu’au coccyx).

Il y a un total de 31 segments dans la moelle épinière humaine, comprenant 8 cervicaux, 12 thoraciques, cinq lombaires, cinq sacrés et un segment coccygien. 

En termes de gravité, la lésion peut être complète, sans fonction motrice ou sensorielle sous le niveau de la blessure, ou incomplète, où une partie de la fonction est préservée.

Toute lésion de la moelle épinière peut affecter notre mouvement, notre fonction et notre sensation. En plus du handicap physique, les personnes atteintes de SCI peuvent également subir des effets secondaires mentaux, émotionnels et sociaux.

Un cas grave de SCI peut entraîner une paralysie, mais la mort est également possible. Les personnes atteintes de cette condition meurent souvent plus tôt en raison d’un accès insuffisant ou d’une mauvaise qualité des services de santé, et ainsi, leur taux de mortalité hospitalière est presque trois fois plus élevé dans les pays à revenu faible et intermédiaire que dans les pays à revenu élevé.

Les personnes atteintes de lésions de la moelle épinière sont également à risque de développer des affections secondaires débilitantes voire mortelles.

Alors que les enfants atteints de cette condition sont moins susceptibles de commencer l’école, et s’ils y sont inscrits, moins susceptibles de progresser, les adultes atteints de SCI ont des taux de chômage dépassant 60 %. Les faibles taux de participation scolaire et économique entraînent ainsi des coûts substantiels tant pour les individus que pour la société. 

Des traitements efficaces sont essentiels pour alléger le fardeau mondial de la SCI.

Traitements révolutionnaires des lésions de la moelle épinière en cours de développement

Des scientifiques du monde entier travaillent à trouver des moyens de réparer les lésions de la moelle épinière. Des études à la recherche de nouveaux traitements sont en cours partout, ouvrant la voie à de meilleurs résultats après ces blessures.

Il y a seulement quelques mois, dans une étude révolutionnaire, des chercheurs ont développé un implant ultra‑mince¹ qui se place directement sur la moelle épinière et délivre des courants électriques à la partie lésée, imitant les signaux naturels pour stimuler la guérison des nerfs.

Lorsqu’il a été testé sur des rats, le dispositif a restauré le mouvement et la sensation tactile sans provoquer d’inflammation ni aucun autre dommage.

« Contrairement à une coupure cutanée, qui guérit généralement d’elle-même, la moelle épinière ne se régénère pas efficacement, rendant ces blessures dévastatrices et actuellement incurables. »

– Chercheur principal Dr Bruce Harland, chercheur senior à l’École de pharmacie de Waipapa Taumata Rau, Université d’Auckland

Avec leur implant, l’équipe vise à changer cela. À long terme, l’idée est d’en faire « un dispositif médical qui pourrait bénéficier aux personnes vivant avec ces lésions de la moelle épinière qui changent la vie ».

Dans une autre étude cette année, des chercheurs ont démontré des taux de récupération impressionnants pour la SCI² en combinant la stimulation du nerf vague en boucle fermée (CLV) avec une rééducation individualisée.

Les impulsions électriques sont envoyées au cerveau via un petit dispositif implanté dans le cou. Elles sont synchronisées pour être délivrées pendant les exercices de rééducation. Stimuler le nerf vague pendant la physiothérapie a montré qu’il pouvait reconfigurer les zones cérébrales endommagées par un AVC et améliorer la récupération.

L’étude a en fait servi de essai clinique, l’implant aidant les participants atteints de SCI cervicale chronique et incomplète à obtenir une amélioration significative de la force du bras et de la main.

Basée sur plus d’une décennie d’efforts en bioingénierie et neurosciences à l’UT Dallas, la dernière approche va maintenant tenter de surmonter le dernier obstacle à une éventuelle approbation FDA pour le traitement des déficiences du membre supérieur dues à la SCI.

L’année dernière, une équipe de chirurgiens, neuroscientifiques et ingénieurs de l’Université de Cambridge a également développé des implants « enveloppants » pour traiter la SCI³.

Comme son nom l’indique, le dispositif électronique mince et haute résolution s’enroule autour de la moelle épinière, permettant un enregistrement et une stimulation à 360 ° de la moelle épinière. Il pourrait également contourner une SCI complète où la communication avait été interrompue.

Bien qu’un traitement pour les lésions de la moelle épinière soit encore lointain, le dispositif peut nous aider à mieux comprendre cette partie peu étudiée de l’anatomie humaine de manière non invasive et, à son tour, favoriser le développement de thérapies meilleures.

Une autre étude utilisant la stimulation électrique pour traiter la SCI provient du Royal College of Surgeons in Ireland (RCSI).

Cette étude a détaillé un implant imprimé en 3D⁴ qui imite la structure de la moelle épinière avec un maillage ultra‑mince et électriquement conducteur qui délivre une stimulation ciblée aux zones endommagées, favorisant la croissance des neurones et des cellules souches.

L’équipe a pu améliorer l’efficacité du dispositif en ajustant la disposition des fibres, ouvrant des possibilités d’application en orthopédie, cardiologie et guérison neurologique.

Parallèlement, des chercheurs de l’Université Rutgers ont utilisé l’IA et la robotique pour traiter la SCI. Ils ont employé la technologie pour formuler des protéines thérapeutiques hautement sensibles, permettant à l’équipe de stabiliser avec succès l’enzyme Chondroitinase ABC (ChABC), connue pour réduire les tissus cicatriciels résultant de la SCI et favoriser la régénération tissulaire. 

L’enzyme ChABC est extrêmement instable à la température normale du corps humain (98,6 °F), perdant son activité en seulement quelques heures. En conséquence, des perfusions à forte dose répétées sont souvent nécessaires pour maintenir le bénéfice thérapeutique. Les copolymères synthétiques, cependant, peuvent envelopper les enzymes et aider à les stabiliser dans des environnements autrement hostiles.

Les chercheurs ont utilisé la robotique de manipulation de liquides pour synthétiser et tester diverses capacités des copolymères à stabiliser le ChABC et à maintenir son activité à 98,6 °F. Ils ont trouvé plusieurs copolymères capables de cela, un mélange de copolymères retenant 30 % de l’enzyme pendant une semaine, un résultat prometteur pour les patients atteints de SCI.

Maintenant, des chercheurs de l’Université du Minnesota Twin Cities ont construit un échafaudage imprimé en 3D avec des canaux microscopiques qui guide la croissance des cellules souches vers des cellules nerveuses fonctionnelles. Il favorise la croissance axonale, la maturation cellulaire et la formation de réseaux neuronaux.

La technique a réussi à restaurer le mouvement chez des rats avec la moelle épinière sectionnée, promettant de transformer les futurs traitements pour les humains atteints de lésions de la moelle épinière.

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Échafaudages imprimés en 3D pour la réparation de la moelle épinière

Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans la prise en charge clinique pour améliorer la qualité de vie des patients, les lésions de la moelle épinière continuent de survenir. De plus, il n’existe actuellement aucun traitement disponible.

Compte tenu de la complexité des lésions de la moelle épinière, de nouvelles options de traitement seraient fortement les bienvenues et bénéfiques pour les patients atteints de SCI.

La nouvelle étude rapporte la transplantation de cellules progénitrices neuronales régionales (sNPCs) comme une approche cruciale pour la restauration fonctionnelle. Ces cellules ont montré qu’elles établissent des connexions fonctionnelles avec les circuits neuronaux à travers la zone endommagée. 

Cependant, afin de maximiser la capacité régénérative, il n’est pas seulement nécessaire de définir les populations de cellules transplantées et d’administrer des cellules spécifiques à la région lésée, mais définir le mécanisme d’action de ces cellules est également difficile. 

Alors que les études ont montré des bénéfices fonctionnels de différentes thérapies, elles ne se traduiront pas en SCI chronique car elles sont principalement des mécanismes neuroprotecteurs dans les blessures aiguës et subaiguës. Il y a simplement besoin de poursuivre de nouvelles stratégies, comme établir un mécanisme de relais en intégrant les cellules transplantées dans le circuit neuronal. 

Les organoïdes de la moelle épinière constituent un substrat idéal pour cette entreprise. Ils sont, après tout, les plus similaires structurellement à la moelle épinière. Ici, l’utilisation du 3D pour la transplantation de cellules souches neuronales a montré des promesses.

Vous ne pouvez pas vraiment injecter les cellules directement dans l’espace de la moelle épinière, car cela offre un soutien structurel insuffisant. Ce problème peut être résolu par des échafaudages imprimés en 3D, qui non seulement offrent un soutien structurel mais aussi fournissent une orientation biologique et mécanique pour les cellules.

Les technologies d’impression 3D ont également montré la capacité de créer des échafaudages chargés de cellules qui peuvent correspondre à la forme de la zone de lésion, améliorant potentiellement les interactions greffe-hôte après la transplantation. 

L’application des échafaudages imprimés en 3D sur les organoïdes est encore naissante, cependant.

Ainsi, les chercheurs de l’Université du Minnesota ont créé des échafaudages d’organoïdes de la moelle épinière imprimés en 3D en utilisant des sNPCs dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSC), qui tendent à éviter le rejet immunitaire.

Des études ont démontré que les sNPCs dérivés de PSC régionaux peuvent maintenir leur spécificité régionale après transplantation. La majorité de ces cellules se différencient en neurones pour remplacer les cellules perdues ou endommagées, reproduisant ainsi le tissu de la moelle épinière. 

En ce qui concerne le matériau pour imprimer les échafaudages, l’équipe s’est tournée vers le silicone, qui est largement utilisé dans les applications médicales.  

Dérivé d’éléments naturels, le silicone est un polymère synthétique connu pour sa haute biocompatibilité et son excellente résistance à l’oxydation. Sa haute perméabilité aux gaz, quant à elle, soutient la survie des cellules nécessitant de l’oxygène.

De plus, il n’est pas dégradable, ce qui en fait un matériau d’échafaudage adapté pour faire pousser des cellules imprimées en organoïdes, car il ne se désintègre pas. L’équipe de recherche a également précédemment analysé les échafaudages en silicone dans un environnement de laboratoire contrôlé.

Ainsi, l’équipe a construit des échafaudages d’organoïdes de la moelle épinière en silicone bioprintés en 3D pour favoriser la récupération fonctionnelle chez un rat avec une moelle épinière sectionnée. 

Combler le fossé entre l’espoir et la guérison avec un cadre fonctionnel

Dans cette approche novatrice, des chercheurs de l’Université du Minnesota ont combiné la biologie des cellules souches, les tissus cultivés en laboratoire et l’impression 3D pour guérir les lésions de la moelle épinière.

Le processus innovant a été détaillé dans l’étude intitulée 3D-Printed Scaffolds Promote Enhanced Spinal Organoid Formation for Use in Spinal Cord Injury⁵, qui a récemment été publié dans la revue scientifique à comité de lecture Advanced Healthcare Materials.

Avec cette nouvelle recherche, les scientifiques s’attaquent au principal défi de la blessure, à savoir la mort des cellules nerveuses et l’incapacité des fibres nerveuses à repousser à travers le site de la lésion.

Le cadre d’impression 3D unique qu’ils ont créé pour les organes cultivés en laboratoire est appelé échafaudage d’organoïde. L’échafaudage 3D avec des canaux microscopiques a été imprimé couche par couche tandis que les sNPCs étaient placées dans les microcanaux à l’aide d’un système d’impression multi‑matériaux à extrusion.

Les sNPCs sont un type de cellule souche humaine programmée pour être spécifique à la moelle épinière humaine, dans le but d’être utilisées pour de futures thérapies de remplacement cellulaire après une lésion de la moelle épinière. Ces cellules se divisent et se différencient en types spécifiques de cellules matures. 

Contrairement aux cellules souches neuronales dérivées du cerveau, les sNPCs s’intègrent dans la moelle épinière hôte et se différencient en neurones, formant des réseaux neuronaux essentiels à la récupération fonctionnelle et à la restauration des connexions au sein des circuits neuronaux existants.

« Nous utilisons les canaux imprimés en 3D de l’échafaudage pour diriger la croissance des cellules souches, ce qui garantit que les nouvelles fibres nerveuses poussent de la manière souhaitée, » a déclaré le premier auteur de l’étude, Guebum Han, ancien chercheur postdoctoral en génie mécanique à l’Université du Minnesota, actuellement chez Intel (INTC ) Corporation. « Cette méthode crée un système de relais qui, lorsqu’il est placé dans la moelle épinière, contourne la zone endommagée. »

Les chercheurs ont testé leur cadre sur des rats pour vérifier sa viabilité. Les échafaudages ont été transplantés chez des rats dont la moelle épinière était entièrement sectionnée, et les cellules se sont différenciées avec succès en neurones.

À douze semaines post‑transplantation, bien que la plupart des cellules au sein des échafaudages se soient différenciées en neurones, beaucoup se sont étendues dans la moelle épinière hôte. Les fibres nerveuses se sont prolongées à la fois en direction rostrale (vers la tête) et caudale (vers la queue), formant de nouvelles connexions avec les circuits nerveux existants de l’hôte.

Les nouvelles cellules nerveuses se sont intégrées de manière transparente dans le tissu de la moelle épinière du rat au fil du temps, conduisant à une récupération fonctionnelle considérable.

« La médecine régénérative a inauguré une nouvelle ère dans la recherche sur les lésions de la moelle épinière. Notre laboratoire est enthousiaste à l’idée d’explorer le potentiel futur de nos « mini‑moelles épinières » pour la traduction clinique. »

La recherche est encore à un stade préliminaire, toutefois. Bien qu’elle soit précoce, elle offre un traitement potentiel nouveau et transformateur pour les personnes atteintes de lésions de la moelle épinière.

Financée par la Spinal Cord Society, les National Institutes of Health et le programme de subvention de l’État du Minnesota pour la recherche sur les lésions de la moelle épinière et les traumatismes crâniens, l’équipe de recherche vise maintenant à augmenter la production de leur technologie.

De plus, l’équipe continuera à développer leur combinaison de technologies : sNPCs, assemblage d’organoïdes et stratégies d’impression 3D pour de futures applications cliniques.

Investir dans la réparation spinale de prochaine génération

L’une des plus grandes entreprises de dispositifs médicaux au monde, Medtronic plc (MDT ), possède une expertise approfondie en implants, interfaces neuronales et dispositifs approuvés par la FDA.

Elle a également développé des stimulateurs de la moelle épinière et des dispositifs de neuromodulation pour la douleur et les troubles du mouvement.

Les dispositifs de stimulation de la moelle épinière (SCS) rechargeables de l’entreprise comprennent Inceptiv et Intellis ainsi que le Vanta sans recharge. Ces petits appareils, confortables, offrent un soulagement personnalisé de la douleur grâce à la technologie de détection en boucle fermée et aux ajustements de thérapie basés sur la position du corps, tout en permettant aux utilisateurs de subir des IRM corporelles complètes.

L’option de traitement non opioïde de Medtronic est conçue pour soulager la douleur chronique en délivrant de petites impulsions électriques afin d’interrompre les signaux de douleur avant qu’ils n’atteignent le cerveau.

Medtronic plc (MDT )

Plus tôt cette année, l’entreprise a publié des données sur un an provenant de son essai clinique qui a évalué le stimulateur de moelle épinière en boucle fermée Inceptiv (CL‑SCS) chez des patients souffrant de douleurs aux jambes et de douleurs lombaires chroniques (CLBP). Les données ont montré des bénéfices en amélioration de la douleur, de la fonction physique et de la qualité de vie tout en réduisant la surstimulation.

La fonction en boucle fermée détecte les signaux biologiques uniques de chaque personne et, en fonction de ceux‑ci, ajuste la stimulation selon les besoins. 

L’entreprise mondiale de santé basée en Irlande vise à soulager la douleur, restaurer la santé et prolonger la vie grâce à ses technologies et thérapies qui traitent 70 pathologies, y compris les pompes à insuline, les dispositifs cardiaques, les outils chirurgicaux, la robotique chirurgicale, les systèmes de surveillance des patients et plus.

Le segment cardiologie constitue le cœur de l’activité de Medtronic, représentant 37 % du chiffre d’affaires, suivi par les neurosciences, la chirurgie médicale et d’autres, qui concernent principalement le traitement du diabète.

Avec une capitalisation boursière de 118 milliards de dollars, les actions MDT se négocient actuellement à 92,36 $, en hausse de 15,24 % depuis le début de l’année. Elle affiche un BPA (TTM) de 3,62 et un PER (TTM) de 25,44. Medtronic offre également à ses actionnaires un rendement du dividende de 3,09 %.

En ce qui concerne les finances, le plus grand fabricant de medtech au monde par chiffre d’affaires a enregistré une hausse de 8,4 % de son chiffre d’affaires, atteignant 8,6 milliards de dollars pour le premier trimestre de l’exercice fiscal 2026, qui s’est terminé le 25 juillet 2025.

Son BPA dilué GAAP était de 0,81 $, et son BPA dilué non GAAP était de 1,26 $.

Alors que le PDG Geoff Martha a souligné une croissance organique constante du chiffre d’affaires et la solidité de plusieurs catégories de produits, le directeur financier Thierry Piéton a exprimé sa confiance dans l’obtention de résultats encore meilleurs à l’avenir, Medtronic mettant en œuvre « des gains d’efficacité dans la fabrication, la chaîne d’approvisionnement et les dépenses opérationnelles pour stimuler la croissance des bénéfices, et augmenter nos investissements de croissance en R&D, ventes et marketing ».

Ce mois-ci, le fabricant de dispositifs médicaux a annoncé l’ajout de deux nouveaux administrateurs à son conseil afin de rechercher des opportunités d’investissement et de stimuler la croissance des bénéfices. Il a également créé un Comité de Croissance pour aider à améliorer la performance des actions.

Dernières actualités et développements des actions Medtronic plc (MDT)

Conclusion

La lésion de la moelle épinière est une condition neurologique dévastatrice qui peut entraîner une déficience fonctionnelle importante et à vie. Elle représente également un fardeau considérable pour les individus, les familles et les systèmes de santé, rendant crucial la recherche de meilleurs traitements et éventuellement la réparation de cette partie clé de notre système nerveux central.

Avec les organoïdes, le bioingénierie et l’impression 3D, les chercheurs s’attaquent à l’un des problèmes les plus difficiles de la médecine. Bien que les thérapies humaines soient encore à plusieurs années, une fois mises à l’échelle et réalisées, la technologie pourrait aider des millions de personnes à récupérer et à retrouver leur indépendance.

Références :

1. Harland, B., Matter, L., Lopez, S., et al. Daily electric field treatment improves functional outcomes after thoracic contusion spinal cord injury in rats. Nature Communications, 16, 5372, publié le 26 juin 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-60332-0
2. Kilgard, M.P., Epperson, J.D., Adehunoluwa, E.A., et al. Closed-loop vagus nerve stimulation aids recovery from spinal cord injury. Nature, 643, 1030–1036, publié le 21 mai 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09028-5
3. Woodington, B.J., Lei, J., Carnicer-Lombarte, A., Güemes-González, A., Naegele, T.E., Hilton, S., El-Hadwe, S., Trivedi, R.A., Malliaras, G.G., & Barone, D.G. Flexible circumferential bioelectronics to enable 360-degree recording and stimulation of the spinal cord. Science Advances, 10(19), eadl1230, publié le 8 mai 2024. https://doi.org/10.1126/sciadv.adl1230
4. Woods, I., Spurling, D., Sunil, S., O’Callaghan, A.M., Maughan, J., Gutierrez-Gonzalez, J., McGuire, T.K., Leahy, L., Dervan, A., Nicolosi, V., & O’Brien, F.J. 3D-printing of electroconductive MXene-based micro-meshes in a biomimetic hyaluronic acid-based scaffold directs and enhances electrical stimulation for neural repair applications. Advanced Science, eadvs.202503454, publié le 15 juillet 2025. https://doi.org/10.1002/advs.202503454
5. Han, G., Lavoie, N.S., Patil, N., Korenfeld, O.G., Kim, H., Esguerra, M., Joung, D., McAlpine, M.C., & Parr, A.M. 3D-printed scaffolds promote enhanced spinal organoid formation for use in spinal cord injury. Advanced Healthcare Materials, eadhm.202404817, publié le 23 juillet 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817