Impalcature stampate in 3D per la riparazione del midollo spinale

Più di 15 milione di persone in tutto il mondo vivono con una lesione del midollo spinale (SCI). Secondo il National Spinal Cord Injury Statistical Center, solo negli Stati Uniti oltre 300,000 persone soffrono di lesione del midollo spinale.

Nonostante questi numeri, non esiste un modo per invertire il danno causato dalla lesione. Tuttavia, dati gli effetti devastanti della lesione del midollo spinale sui pazienti e sulla società, ricercatori e aziende stanno attivamente studiando trattamenti efficaci.

Il bilancio globale delle lesioni del midollo spinale (SCI)

La lesione del midollo spinale (SCI) è una condizione altamente debilitante che limita gravemente la capacità di una persona di svolgere le attività quotidiane. 

Comporta danni al midollo spinale, una struttura nervosa centrale che si estende dal cervello fino alla parte bassa della schiena. Come parte fondamentale del sistema nervoso centrale, il midollo spinale porta segnali nervosi tra il cervello e il corpo.

Questo lungo tubo cilindrico fatto di tessuti corre al centro della nostra colonna vertebrale e è protetto dalle vertebre e da tre strati di membrane. Ma attività come cadute, incidenti stradali e incidenti motociclistici e automobilistici possono causare danni al midollo spinale. 

Gli uomini sono più comunemente colpiti da lesioni del midollo spinale rispetto alle donne.

A seconda del modo in cui la lesione colpisce il midollo spinale e della posizione della lesione, è organizzato nella colonna cervicale (collo), nella colonna toracica (dalla parte superiore della schiena fino a sotto l'ombelico), nella colonna lombare (parte inferiore della schiena) e nella colonna sacrale (dal sedere al coccige).

Il midollo spinale umano è composto in totale da 31 segmenti, di cui 8 cervicali, 12 toracici, XNUMX lombari, XNUMX sacrali e uno coccigeo. 

In termini di gravità, la lesione spinale potrebbe essere completa, senza alcuna funzione motoria o sensoriale al di sotto del livello della lesione, o incompleta, in cui alcune funzioni è conservato.

Qualsiasi danno al midollo spinale può compromettere il movimento, la funzionalità e la sensibilità. Oltre alla compromissione fisica, le persone con lesione midollare possono anche manifestare effetti collaterali a livello mentale, emotivo e sociale.

Un caso grave di lesione del midollo spinale può causare paralisi, ma è possibile anche la morte. Le persone affette da questa patologia spesso muoiono prima a causa di un accesso insufficiente o di servizi sanitari di scarsa qualità e, di conseguenza, il tasso di mortalità ospedaliera è quasi tre volte superiore nei paesi a basso e medio reddito rispetto ai paesi ad alto reddito.

Le persone con lesioni al midollo spinale corrono anche il rischio di sviluppare patologie secondarie debilitanti e persino pericolose per la vita.

Mentre i bambini affetti da questa condizione hanno meno probabilità di iniziare la scuola e, se iscritti, di proseguire gli studi, gli adulti con lesione del midollo spinale hanno tassi di disoccupazione superiori al 60%. I bassi tassi di partecipazione scolastica ed economica comportano quindi costi sostanziali sia a livello individuale che sociale. 

Per alleviare il peso globale delle lesioni del midollo spinale sono essenziali trattamenti efficaci.

Trattamenti innovativi per le lesioni del midollo spinale in fase di sviluppo

Gli scienziati Intorno al mondo hanno lavorato su trovare modi per riparare le lesioni del midollo spinale. Sono in corso studi per la ricerca di nuovi trattamenti Intorno al mondo, aprendo le porte a risultati migliori dopo queste lesioni.

Solo un paio di mesi fa, in uno studio pionieristico, i ricercatori ha sviluppato un impianto ultrasottile¹ che si trova proprio sul midollo spinale e trasmette correnti elettriche alla parte lesa, imitando i segnali naturali per stimolare la guarigione dei nervi.

Quando testato sui ratti, il dispositivo ha ripristinato il movimento e la sensibilità tattile senza causare infiammazioni o altri danni.

“A differenza di un taglio sulla pelle, che in genere guarisce da solo, il midollo spinale non si rigenera efficacemente, rendendo queste lesioni devastanti e attualmente incurabili.”

– Ricercatore principale, Dr. Bruce Harland, ricercatore senior presso la Facoltà di Farmacia di Waipapa Taumata Rau, Università di Auckland

Con il loro impianto, il team mira a cambiare questa situazione. A lungo termine, l'idea è di trasformarlo in "un dispositivo medico che potrebbe essere utile alle persone che convivono con queste lesioni del midollo spinale che cambiano la vita".

In un altro studio di quest'anno, i ricercatori hanno dimostrato tassi di recupero impressionanti per SCI² combinando la stimolazione del nervo vago a circuito chiuso (CLV) con riabilitazione personalizzata.

Gli impulsi elettrici sono spediti al cervello attraverso un piccolo dispositivo impiantato nel collo. è cronometrato per inviare impulsi durante gli esercizi riabilitativi. È stato dimostrato che la stimolazione del nervo vago durante la terapia fisica riprogramma le aree cerebrali danneggiate dall'ictus e migliora il recupero.

Lo studio è servito in realtà come sperimentazione clinica, in cui l'impianto ha aiutato i partecipanti con lesione del midollo spinale cervicale cronica e incompleta a ottenere un miglioramento significativo della forza del braccio e della mano.

Basato su oltre un decennio di sforzi in bioingegneria e neuroscienze presso l'Università del Texas a Dallas, l'approccio più recente procederà ora a superare l'ultimo ostacolo alla potenziale approvazione da parte della FDA per il trattamento delle disabilità degli arti superiori dovute a lesione del midollo spinale.

L'anno scorso, un team di chirurghi, neuroscienziati e ingegneri dell'Università di Cambridge ha anche sviluppato impianti "avvolgenti" per il trattamento delle lesioni del midollo spinale³.

Come suggerisce il nome, il sottile, minuscolo dispositivo elettronico ad alta risoluzione avvolge il midollo spinale, consentendone la registrazione e la stimolazione a 360 gradi. Potrebbe anche bypassare una lesione spinale completa in cui la comunicazione fosse stata interrotta.

Sebbene un trattamento per le lesioni spinali sia ancora lontano, il dispositivo può aiutarci a comprendere meglio questa parte poco studiata dell'anatomia umana in modo non invasivo e, a sua volta, contribuire allo sviluppo di better terapie.

Un altro studio che utilizza la stimolazione elettrica per trattare le lesioni del midollo spinale è stato condotto dal Royal College of Surgeons in Irlanda (RCSI).

Questo ha dettagliato un impianto stampato in 3D⁴ che imita la struttura del midollo spinale con una rete ultrasottile ed elettricamente conduttiva che fornisce una stimolazione mirata alle aree danneggiate, favorendo la crescita dei neuroni e delle cellule staminali.

La squadra è riuscita a migliorare il proprio efficacia del dispositivo regolando la disposizione delle fibre, aprendo possibilità per applicazione nella guarigione ortopedica, cardiaca e neurologica.

Nel frattempo, i ricercatori della Rutgers University hanno utilizzato IA e robotica per trattare la lesione del midollo spinale. Loro ha utilizzato la tecnologia per formulare proteine ​​terapeutiche altamente sensibili, consentendo al team di stabilizzare con successo l'enzima condroitinasi ABC (ChABC), noto per ridurre il tessuto cicatriziale derivante da lesione del midollo spinale e promuovere la rigenerazione dei tessuti. 

L'enzima ChABC è estremamente instabile alla normale temperatura corporea umana (98.6 °C), perdendo la sua attività nel giro di poche ore. Di conseguenza, sono spesso necessarie ripetute infusioni ad alto dosaggio per mantenere l'effetto terapeutico. I copolimeri sintetici, tuttavia, possono avvolgere gli enzimi e contribuire a stabilizzarli in ambienti altrimenti ostili.

I ricercatori hanno utilizzato la robotica per la manipolazione dei liquidi per sintetizzare e testare vari capacità dei copolimeri per stabilizzare ChABC e mantenere l'attività a 98.6 ° F. Hanno trovato diversi copolimeri in grado di farlo, con una combinazione di copolimeri che conserva il 30% dell'enzima fino a una settimana, un risultato promettente per i pazienti con lesione del midollo spinale.

Ora, i ricercatori dell'Università del Minnesota Twin Cities hanno costruito un'impalcatura stampata in 3D con canali in microscala che guidano lo stelo crescita delle cellule ai miglioramenti lavoro cellule nervose. Promuove la crescita assonale, la maturazione cellulare e formazione della rete neuronale.

La tecnica ha ripristinato con successo il movimento nei ratti con midollo spinale reciso, promettendo di trasformare il futuro trattamento degli esseri umani con lesioni al midollo spinale.

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Impalcature stampate in 3D per la riparazione del midollo spinale

Nonostante i notevoli progressi compiuti nella gestione clinica per migliorare la qualità della vita dei pazienti, le lesioni del midollo spinale continuano a verificarsi. Leggi anche, attualmente non sono disponibili trattamenti per it.

Data la complessità delle lesioni del midollo spinale, nuove opzioni terapeutiche sarebbero molto gradite e utili per i pazienti con lesione del midollo spinale.

Il nuovo studio riporta il trapianto di cellule progenitrici neurali regionalmente specifiche (sNPC) essere un approccio cruciale per il ripristino funzionale. Queste cellule hanno stato mostrato per stabilire connessioni funzionanti con i circuiti neurali nell'area danneggiata. 

Però, In ordine massimizzare , il capacità rigenerativa, non è solo necessario definire popolazioni di cellule trapiantate e somministrare cellule regionalmente specifiche all'area danneggiata, ma definizione il meccanismo d'azione di queste cellule è anche stimolante. 

Sebbene gli studi abbiano dimostrato i benefici funzionali di diverse terapie, questi non si traducono in lesioni del midollo spinale croniche, poiché si tratta principalmente di meccanismi neuroprotettivi nelle lesioni acute e subacute. C'è semplicemente la necessità di perseguire nuove strategie, come stabilire un meccanismo di trasmissione integrando le cellule trapiantate nei circuiti neurali. 

Gli organoidi del midollo spinale rappresentano un substrato ideale per questa impresa. Dopotutto, sono strutturalmente molto simili al midollo spinale. In questo caso, l'uso della tecnologia 3D per il trapianto di cellule staminali neurali si è rivelato promettente.

Non è possibile iniettare le cellule direttamente nello spazio del midollo spinale, poiché ciò non fornisce un supporto strutturale sufficiente. Questo problema può essere indirizzato da impalcature stampate in 3D, che non solo offrire supporto strutturale ma anche fornire guida biologica e meccanica per , il cellule. 

Tecnologie di stampa 3D hanno anche dimostrato la capacità di creare impalcature caricate di cellule che possono adattarsi alla forma dell'area della lesione, migliorando potenzialmente le interazioni tra innesto e ospite dopo il trapianto. 

Tuttavia, l'applicazione di impalcature stampate in 3D sugli organoidi è ancora agli inizi.

Così, la I ricercatori dell'Università del Minnesota hanno creato impalcature organoidi del midollo spinale stampate in 3D by utilizzando sNPC derivate da cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC), che tendono a evitare il rigetto immunitario.

Studi hanno dimostrato che le sNPC regionalmente specifiche derivate da PSC possono mantenere la loro specificità regionale dopo il trapianto. La maggior parte di queste cellule si differenzia in neuroni per sostituire le cellule perse o danneggiate, replicando così il tessuto del midollo spinale. 

Per quanto riguarda il materiale per la stampa di impalcature, il team si è rivolto al silicone, che è ampiamente utilizzato nelle applicazioni mediche.  

Derivato da elementi naturali, il silicone è un polimero sintetico che è noto per la sua elevata biocompatibilità e eccellente resistenza all'ossidazione. La sua elevata permeabilità ai gas, nel frattempo, favorisce la sopravvivenza delle cellule che richiedono ossigeno.

Inoltre, è non degradabile in natura, il che rende il silicone un materiale di supporto adatto per la crescita di cellule stampate in organoidi, poiché non si sgretola. Il team di ricerca ha anche precedentemente analizzato supporti in silicone in un ambiente di laboratorio controllato.

Quindi, con questo, il team ha continuato a costruire impalcature in silicone organoide del midollo spinale stampate in 3D per promuovere il recupero funzionale in un ratto con midollo spinale sezionato. 

Colmare il divario tra speranza e guarigione con un quadro funzionale

In questo nuovo approccio, i ricercatori dell'Università del Minnesota hanno combinato la biologia delle cellule staminali, i tessuti coltivati ​​in laboratorio e la stampa 3D per guarire lesioni del midollo spinale.

Il processo innovativo è stato dettagliato nello studio intitolato Le impalcature stampate in 3D promuovono la formazione di organoidi spinali migliorati per l'uso nelle lesioni del midollo spinale⁵, quale è stato pubblicato di recente nella rivista scientifica sottoposta a revisione paritaria Advanced Healthcare Materials.

Con la nuova ricerca, , il gli scienziati stanno affrontando , il grande sfida con l'infortunio, Che ha la morte delle cellule nervose e l'incapacità delle fibre nervose di ricrescere nel sito della lesione.

L'esclusivo framework di stampa 3D che hanno creato per organi cresciuti in laboratorio viene definito impalcatura organoide. È stata stampata l'impalcatura 3D con canali in microscala strato per strato mentre gli sNPC erano metti in microcanali utilizzando un sistema di stampa multimateriale basato sull'estrusione.

Le sNPC sono un tipo di cellule staminali umane programmate per essere specifiche del midollo spinale umano, con l'obiettivo di essere utilizzate per future terapie di sostituzione cellulare in seguito a lesioni del midollo spinale. Queste cellule si dividono e si differenziano in specifici tipi di cellule mature. 

A differenza delle cellule staminali neurali derivate dal cervello, le sNPC si integrano nel midollo spinale dell'ospite e si differenziano in neuroni, formando reti neurali essential per il recupero funzionale e il ripristino delle connessioni all'interno dei circuiti neurali esistenti. 

"Utilizziamo i canali stampati in 3D dell'impalcatura per dirigere la crescita delle cellule staminali, il che garantisce che le nuove fibre nervose crescano nel modo desiderato", ha affermato il primo autore dello studio, Guebum Han, ex ricercatore post-dottorato in ingegneria meccanica presso l'Università del Minnesota, attualmente impegnato presso Intel Corporation. "Questo metodo crea un sistema di trasmissione che, una volta inserito nel midollo spinale, bypassa l'area danneggiata".

I ricercatori hanno testato il loro framework sui ratti per verificarne la fattibilità. Le impalcature sono stati trapiantati nei ratti i cui midolli spinali erano stati completamente recisi e le cellule si erano differenziate con successo in neuroni.

A dodici settimane dal trapianto, mentre la maggior parte delle cellule all'interno degli scaffold si differenziava in neuroni, molte si estendevano nel midollo spinale dell'ospite. Le fibre nervose si estendevano sia in direzione rostrale (verso la testa) che caudale (verso la coda), formando nuove connessioni con i circuiti nervosi preesistenti dell'ospite.

Nel tempo, le nuove cellule nervose si sono integrate perfettamente nel tessuto del midollo spinale del ratto, portando a un notevole recupero funzionale. Secondo Ann Parr, professoressa di neurochirurgia presso l'Università del Minnesota:

"La medicina rigenerativa ha inaugurato una nuova era nella ricerca sulle lesioni del midollo spinale. Il nostro laboratorio è entusiasta di esplorare il potenziale futuro dei nostri 'mini midolli spinali' per la traslazione clinica."

Tuttavia, la ricerca è ancora in fase preliminare. Pur essendo ancora in fase iniziale, offre un potenziale trattamento nuovo e rivoluzionario per le persone con lesioni del midollo spinale.

Grazie ai finanziamenti della Spinal Cord Society, dei National Institutes of Health e del programma di sovvenzioni per la ricerca sulle lesioni del midollo spinale e sui traumi cerebrali dello Stato del Minnesota, il team di ricerca punta ora ad ampliare la produzione della propria tecnologia.

Inoltre, il team continuerà a svilupparsi loro combinazione di tecnologie: sNPC, assemblaggio di organoidi e strategie di stampa 3D per future applicazioni cliniche.

Investire nella riparazione spinale di nuova generazione

Una delle più grandi aziende di dispositivi medici al mondo, Medtronic plc (MDT -0.6%), ha una profonda competenza in impianti, interfacce neurali e dispositivi approvati dalla FDA.

Ha inoltre sviluppato stimolatori del midollo spinale e dispositivi di neuromodulazione per dolore e disturbi del movimento.

I dispositivi ricaricabili per la stimolazione del midollo spinale (SCS) dell'azienda includono Inceptiv e Intellis e Vanta senza ricarica. Questi piccoli, di dimensioni comode i dispositivi offrono un sollievo personalizzato dal dolore con tecnologia di rilevamento a circuito chiuso e regolazioni della terapia su un totale di posizione del corpo, consentendo agli utenti di avere risonanza magnetica a corpo intero.

Opzione di trattamento non oppioide di Medtronic è progettato per alleviare il dolore cronico erogando piccoli impulsi elettrici per interrompere i segnali del dolore prima che raggiungano il cervello.

Medtronic plc (MDT -0.6%)

All'inizio di quest'anno, l'azienda ha pubblicato i dati di un anno di sperimentazione clinica che ha valutato lo stimolatore midollare a circuito chiuso (CL-SCS) di Inceptiv in pazienti con dolore alle gambe e lombalgia cronica (CLBP). I dati hanno mostrato benefici nel migliorare il dolore, la funzionalità fisica e la qualità della vita, riducendo al contempo la sovrastimolazione.

La funzione a circuito chiuso rileva i segnali biologici unici di ogni persona e, in base a questi, regola la stimolazione secondo necessità. 

L'azienda sanitaria globale con sede in Irlanda mira ad alleviare il dolore, ripristinare la salute e prolungare la vita attraverso le sue tecnologie e terapie che trattano 70 condizioni di salute, tra cui pompe per insulina, dispositivi cardiaci, strumenti chirurgici, robotica chirurgica, sistemi di monitoraggio dei pazienti e Scopri di più.

Il segmento cardiologico è il core business di Medtronic, rappresentando il 37% del fatturato, seguito da neuroscienze, chirurgia medica e altro, che principalmente comporta trattamento del diabete.

Con una capitalizzazione di mercato di 118 miliardi di dollari, le azioni MDT sono attualmente scambiate a 92.36 dollari, in rialzo del 15.24% da inizio anno. L'utile per azione (TTM) è di 3.62 e il rapporto prezzo/utili (TTM) è di 25.44. Medtronic offre inoltre ai suoi azionisti un rendimento da dividendi del 3.09%.

Per quanto riguarda i dati finanziari, la più grande azienda medtech al mondo per fatturato ha registrato un aumento dell'8.4% del fatturato, attestandosi a 8.6 miliardi di dollari, nel primo trimestre dell'anno fiscale 2026, conclusosi il 25 luglio 2025.

L'utile per azione diluito GAAP era di 0.81 dollari, mentre l'utile per azione diluito non GAAP era di 1.26 dollari.

Mentre il CEO Geoff Martha ha notato una crescita organica costante dei ricavi e la forza di diverse categorie di prodotti, il CFO Thierry Piéton ha espresso fiducia nel raggiungimento di risultati ancora migliori in futuro, man mano che Medtronic implementa "l'efficienza nella produzione, nella catena di fornitura e nelle spese operative per stimolare la crescita degli utili e aumentare i nostri investimenti in ricerca e sviluppo, vendite e marketing".

Questo mese, il produttore di dispositivi medici ha annunciato l'ingresso di due nuovi amministratori nel consiglio di amministrazione per individuare opportunità di investimento e stimolare la crescita degli utili. Ha inoltre istituito un Comitato per la Crescita per supportare le azioni in calo.

Ultime notizie su Medtronic plc (MDT) Notizie e sviluppi azionari

Conclusione

La lesione del midollo spinale è una condizione neurologica devastante che può portare a una significativa compromissione funzionale permanente. Rappresenta inoltre un onere considerevole per gli individui, le famiglie e i sistemi sanitari, rendendo fondamentale trovare un trattamento migliore e, possibilmente, riparare questa parte fondamentale del nostro sistema nervoso centrale.

Con organoidi, bioingegneria e stampa 3D, i ricercatori stanno affrontando uno dei problemi più complessi della medicina. Sebbene le terapie umane siano ancora lontane anni, una volta implementata e realizzata, la tecnologia può aiutare milioni di persone a guarire e a riconquistare la propria indipendenza.

Riferimenti:

1. Harland, B., Matter, L., Lopez, S., et al. Il trattamento giornaliero con campo elettrico migliora i risultati funzionali dopo una contusione toracica o una lesione del midollo spinale nei ratti. Nature Communications, 16, 5372, pubblicato il 26 giugno 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-60332-0
2. Kilgard, MP, Epperson, JD, Adehunoluwa, EA, et al. La stimolazione del nervo vago a circuito chiuso favorisce il recupero da lesioni del midollo spinale. Nature, 643, 1030–1036, pubblicato il 21 maggio 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, & Barone, DG Bioelettronica circonferenziale flessibile per consentire la registrazione e la stimolazione a 360 gradi del midollo spinale. Anticipi Scienza, 10(19), eadl1230, pubblicato l'8 maggio 2024. https://doi.org/10.1126/sciadv.adl1230
4. Woods, I., Spurling, D., Sunil, S., O'Callaghan, AM, Maughan, J., Gutierrez-Gonzalez, J., McGuire, TK, Leahy, L., Dervan, A., Nicolosi, V., e O'Brien, FJ La stampa 3D di micro-mesh elettroconduttivi a base di MXene in un'impalcatura biomimetica a base di acido ialuronico indirizza e migliora la stimolazione elettrica per applicazioni di riparazione neurale. Scienza avanzata, eadvs.202503454, pubblicato il 15 luglio 2025. https://doi.org/10.1002/advs.202503454
5. Han, G., Lavoie, NS, Patil, N., Korenfeld, OG, Kim, H., Esguerra, M., Joung, D., McAlpine, MC e Parr, AM Le impalcature stampate in 3D promuovono una migliore formazione di organoidi spinali da utilizzare nelle lesioni del midollo spinale. Materiali sanitari avanzati, eadhm.202404817, pubblicato il 23 luglio 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817