Strutture Stampate in 3D per la Riparazione del Midollo Spinale

Più di 15 milioni di persone in tutto il mondo vivono con una lesione del midollo spinale (SCI). Solo negli Stati Uniti, oltre 300.000 persone soffrono di SCI, secondo il National Spinal Cord Injury Statistical Center.

Nonostante questi numeri, non esiste davvero un modo per invertire i danni della lesione. Tuttavia, data l’effetto devastante della SCI sui pazienti e sulla società, ricercatori e aziende stanno attivamente cercando trattamenti efficaci.

Il Carico Globale della Lesione del Midollo Spinale (SCI)

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

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

Questo lungo tubo cilindrico 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 collisioni di moto e auto 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 sua posizione, essa viene organizzata nella colonna cervicale (collo), toracica (parte superiore della schiena fino sotto l’ombelico), lombare (parte bassa della schiena) e sacrale (coglioni al coccige).

Ci sono in totale 31 segmenti nel midollo spinale umano, costituiti da 8 cervicali, 12 toracici, cinque lombari, cinque sacrali e un segmento coccigeo. 

In termini di gravità, la lesione spinale può essere completa, senza alcuna funzione motoria o sensoriale al di sotto del livello della lesione, o incompleta, dove alcune funzioni sono preservate.

Qualsiasi danno al midollo spinale può influenzare il nostro movimento, la funzione e la sensazione. Oltre all’impairment fisico, le persone con SCI possono sperimentare anche effetti mentali, emotivi e sociali.

Un caso grave di SCI può causare paralisi, ma la morte è anche possibile. Le persone con questa condizione spesso muoiono prima a causa di un accesso insufficiente o di servizi sanitari di scarsa qualità, e perciò il loro tasso di mortalità ospedaliera è quasi tre volte più alto nei paesi a reddito medio-basso rispetto a quelli ad alto reddito.

Le persone con lesione del midollo spinale sono anche a rischio di sviluppare condizioni secondarie debilitanti e persino pericolose per la vita.

Mentre i bambini con questa condizione hanno meno probabilità di iniziare la scuola, e se iscritti, meno probabilità di progredire, gli adulti con SCI hanno tassi di disoccupazione superiori al 60 %. I più bassi tassi di partecipazione scolastica ed economica comportano quindi costi sostanziali sia a livello individuale sia sociale. 

Trattamenti efficaci sono essenziali per alleviare l’onere globale della SCI.

Trattamenti Innovativi per la Lesione del Midollo Spinale in Sviluppo

Scienziati in tutto il mondo stanno lavorando per trovare modi per riparare le lesioni del midollo spinale. Studi alla ricerca di nuovi trattamenti sono in corso in tutto il mondo, aprendo porte a risultati migliorati dopo queste lesioni.

Solo un paio di mesi fa, in uno studio rivoluzionario, i ricercatori hanno sviluppato un impianto ultra-sottile¹ che si posiziona direttamente sul midollo spinale e fornisce correnti elettriche alla parte lesa, imitandone i segnali naturali per stimolare la guarigione dei nervi.

Quando testato sui ratti, il dispositivo ha ripristinato movimento e sensazione tattile senza causare infiammazione o altri danni.

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

– Ricercatore capo Dr Bruce Harland, senior research fellow nella School of Pharmacy presso Waipapa Taumata Rau, University of Auckland

Con il loro impianto, il team mira a cambiare questa situazione. A lungo termine, l’idea è trasformarlo in “un dispositivo medico che potrebbe beneficiare le persone che vivono con queste lesioni del midollo spinale che cambiano la vita”.

In un altro studio di quest’anno, i ricercatori hanno dimostrato tassi impressionanti di recupero per la SCI² combinando la stimolazione vagale a ciclo chiuso (CLV)  con riabilitazione individualizzata.

Gli impulsi elettrici vengono inviati al cervello attraverso un piccolo dispositivo impiantato nel collo. È sincronizzato per inviare gli impulsi durante gli esercizi riabilitativi. Stimolare il nervo vago durante la fisioterapia ha dimostrato di ricollegare le aree cerebrali danneggiate da ictus e di migliorare il recupero.

Lo studio è stato effettivamente condotto come una sperimentazione clinica, con l’impianto che ha aiutato i partecipanti con SCI cervicale cronica e incompleta a ottenere miglioramenti significativi nella forza di braccio e mano.

Basandosi su più di un decennio di sforzi di bioingegneria e neuroscienze presso UT Dallas, l’approccio più recente ora procederà a superare l’ultimo ostacolo per una potenziale approvazione FDA per il trattamento dell’impairment dell’arto superiore dovuto alla SCI.

L’anno scorso, un team di chirurghi, neuroscienziati e ingegneri dell’Università di Cambridge ha anche sviluppato impianti “avvolgenti” per trattare la SCI³.

Come suggerisce il nome, il dispositivo elettronico sottile e ad alta risoluzione si avvolge attorno al midollo spinale, consentendo registrazione e stimolazione a 360 ° del midollo. Potrebbe anche bypassare una SCI completa dove la comunicazione era 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, favorire lo sviluppo di terapie migliori.

Un altro studio che utilizza la stimolazione elettrica per trattare la SCI proviene dal Royal College of Surgeons in Ireland (RCSI).

Questo studio ha dettagliato un impianto stampato in 3D⁴ che imita la struttura del midollo spinale con una rete ultra-sottile ed elettricamente conduttiva che fornisce stimolazione mirata alle aree danneggiate, promuovendo la crescita di neuroni e cellule staminali.

Il team è riuscito a migliorare l’efficacia del dispositivo regolando la disposizione delle fibre, aprendo possibilità per l’applicazione in ortopedia, cardiologia e guarigione neurologica.

Nel frattempo, ricercatori della Rutgers University hanno utilizzato IA e robotica per trattare la SCI. Hanno impiegato la tecnologia per formulare proteine terapeutiche altamente sensibili, permettendo al team di stabilizzare con successo l’enzima Chondroitinasi ABC (ChABC), noto per ridurre il tessuto cicatriziale derivante dalla SCI e promuovere la rigenerazione tissutale. 

L’enzima ChABC è estremamente instabile alla temperatura corporea umana normale (98,6 °F), perdendo la sua attività entro poche ore. Di conseguenza, sono spesso necessarie infusioni ad alto dosaggio ripetute per mantenere il beneficio terapeutico. I copolimeri sintetici, tuttavia, possono avvolgere gli enzimi e aiutarli a stabilizzarsi in ambienti altrimenti ostili.

I ricercatori hanno usato robotica di manipolazione liquida per sintetizzare e testare varie capacità dei copolimeri di stabilizzare ChABC e mantenere l’attività a 98,6° F. Hanno trovato diversi copolimeri capaci di farlo, con una combinazione che ha mantenuto il 30 % dell’enzima per una settimana, risultato promettente per i pazienti con SCI.

Ora, ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities hanno costruito una struttura stampata in 3D con canali microscopici che guida la crescita delle cellule staminali verso cellule nervose funzionanti. Promuove la crescita assiale, la maturazione cellulare e la formazione di reti neuronali.

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

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Strutture Stampate in 3D per la Riparazione del Midollo Spinale

Mentre sono stati compiuti notevoli progressi nella gestione clinica per migliorare la qualità della vita dei pazienti, le lesioni del midollo spinale continuano a verificarsi. Inoltre, attualmente non esistono trattamenti disponibili per questa condizione.

Data la complessità della lesione del midollo spinale, nuove opzioni di trattamento sarebbero molto gradite e benefiche per i pazienti con SCI.

Il nuovo studio riporta il trapianto di cellule progenitrici neurali regionalmente specifiche (sNPCs) come un approccio cruciale per il ripristino funzionale. Queste cellule hanno dimostrato di stabilire connessioni operative con i circuiti neurali attraverso l’area danneggiata. 

Tuttavia, per massimizzare la capacità rigenerativa, non è solo necessario definire le popolazioni di cellule trapiantate e somministrare cellule regionalmente specifiche nell’area lesa, ma definire il meccanismo d’azione di queste cellule è anche una sfida. 

Mentre gli studi hanno mostrato benefici funzionali di diverse terapie, non si tradurranno in SCI cronica poiché sono principalmente meccanismi neuroprotettivi in lesioni acute e subacute. C’è semplicemente la necessità di perseguire nuove strategie, come stabilire un meccanismo di relay integrando le cellule trapiantate nella circuiteria neurale. 

Gli organoidi del midollo spinale costituiscono un substrato ideale per questa impresa. Sono, dopotutto, strutturalmente più simili al midollo spinale. Qui, l’uso del 3D per il trapianto di cellule staminali neurali ha mostrato promettenti risultati.

Non è possibile iniettare direttamente le cellule nello spazio del midollo spinale, poiché ciò fornisce un supporto strutturale insufficiente. Questo problema può essere affrontato con strutture stampate in 3D, che non solo offrono supporto strutturale ma anche forniscono guida biologica e meccanica per le cellule. 

Le tecnologie di stampa 3D hanno anche dimostrato la capacità di creare strutture caricate di cellule che possono corrispondere alla forma dell’area della lesione, potenzialmente migliorando le interazioni innesto‑ospite dopo il trapianto. 

L’applicazione di strutture stampate in 3D su organoidi è ancora nascente, però.

Quindi, i ricercatori dell’Università del Minnesota hanno creato strutture organoidi del midollo spinale stampate in 3D utilizzando cellule sNPC derivate da cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC), che tendono a evitare il rigetto immunitario.

Studi hanno dimostrato che le sNPC derivate da PSC specifiche per regione 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 stampare le strutture, il team ha scelto il silicone, che è ampiamente usato nelle applicazioni mediche.  

Derivato da elementi naturali, il silicone è un polimero sintetico conosciuto per la sua alta biocompatibilità e eccellente resistenza all’ossidazione. La sua elevata permeabilità ai gas, nel frattempo, supporta la sopravvivenza di cellule ad alta richiesta di ossigeno.

Inoltre, è non degradabile per natura, rendendo il silicone un materiale di supporto adatto per far crescere le cellule stampate in organoidi, poiché non si disintegra. Il team di ricerca ha anche analizzato in precedenza le strutture in silicone in un ambiente di laboratorio controllato.

Così, con ciò, il team ha costruito strutture organoidi del midollo spinale biostampate in 3D in silicone per promuovere il recupero funzionale in un ratto con midollo spinale tranciato. 

Colmare il Divario tra Speranza e Guarigione con un Quadro Funzionale

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

Il processo innovativo è stato dettagliato nello studio intitolato 3D-Printed Scaffolds Promote Enhanced Spinal Organoid Formation for Use in Spinal Cord Injury⁵, pubblicato recentemente nella rivista scientifica peer‑reviewed Advanced Healthcare Materials.

Con la nuova ricerca, gli scienziati stanno affrontando la principale sfida della lesione, ovvero la morte delle cellule nervose e l’incapacità delle fibre nervose di ricrescere attraverso il sito della lesione.

Il quadro unico di stampa 3D che hanno creato per organi coltivati in laboratorio è definito un organoide scaffold. La struttura 3D con canali microscopici è stata stampata strato per strato mentre le sNPC erano inserite nei microcanali usando un sistema di stampa multi‑materiale basato su estrusione.

Le sNPC sono un tipo di cellula staminale umana programmata per essere specifica al midollo spinale umano, con l’obiettivo di essere utilizzata per future terapie di sostituzione cellulare dopo una lesione del midollo spinale. Queste cellule si dividono e si differenziano in tipi specifici di cellule mature. 

A differenza delle cellule staminali neurali di origine cerebrale, le sNPC si integrano nel midollo spinale ospite e si differenziano in neuroni, formando reti neurali essenziali per il recupero funzionale e il ripristino delle connessioni all’interno dei circuiti neurali esistenti. 

“Utilizziamo i canali stampati in 3D della struttura per dirigere la crescita delle cellule staminali, garantendo che le nuove fibre nervose crescano nella direzione desiderata,” ha dichiarato il primo autore dello studio, Guebum Han, ex ricercatore post‑dottorato in ingegneria meccanica dell’Università del Minnesota ora impiegato presso Intel (INTC ) Corporation. “Questo metodo crea un sistema di relay che, una volta posizionato nel midollo spinale, bypassa l’area danneggiata.”

I ricercatori hanno testato il loro quadro su ratti per verificarne la fattibilità. Le strutture sono state trapiantate in ratti i cui midollì spinali erano completamente recisi, e le cellule si sono differenziate con successo in neuroni.

A dodici settimane dal trapianto, mentre la maggior parte delle cellule all’interno delle strutture si era differenziata in neuroni, molte si erano estese nel midollo spinale ospite. Le fibre nervose si sono estese in direzione rostrale (verso la testa) così come caudale (verso la coda), formando nuove connessioni con i circuiti nervosi esistenti dell’ospite.

Le nuove cellule nervose si sono integrate senza soluzione di continuità nel tessuto del midollo spinale del ratto nel tempo, portando a un notevole recupero funzionale. Secondo Ann Parr, professoressa di neurochirurgia all’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 midollì spinali’ per la traduzione clinica.”

La ricerca è ancora nella sua fase preliminare, però. Nonostante sia precoce, offre una potenziale nuova e trasformativa terapia per chi soffre di lesioni del midollo spinale.

Finanziata dalla Spinal Cord Society, dal National Institutes of Health e dal Programma di Borsa di Ricerca per lesioni del midollo spinale e traumi cranici dello Stato del Minnesota, il team di ricerca ora mira a scalare la produzione della loro tecnologia.

Inoltre, il team continuerà a sviluppare la loro combinazione di tecnologie: sNPCs, 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 ), ha una profonda esperienza in impianti, interfacce neurali e dispositivi approvati dalla FDA.

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

I dispositivi di stimolazione del midollo spinale (SCS) ricaricabili dell’azienda includono Inceptiv e Intellis e il Vanta senza ricarica. Questi piccoli, confortevoli dispositivi offrono sollievo personalizzato dal dolore con tecnologia di rilevamento a ciclo chiuso e aggiustamenti della terapia basati sulla posizione corporea, consentendo agli utenti di sottoporsi a scansioni MRI dell’intero corpo.

L’opzione di trattamento non oppioide di Medtronic è progettata per alleviare il dolore cronico erogando piccoli impulsi elettrici per interrompere i segnali dolorosi prima che raggiungano il cervello.

Medtronic plc (MDT )

All’inizio di quest’anno, l’azienda ha pubblicato dati annuali dal suo trial clinico che ha valutato lo stimolatore del midollo spinale a ciclo chiuso Inceptiv (CL‑SCS) in pazienti con dolore alle gambe e dolore lombare cronico (CLBP). I dati hanno mostrato benefici nel miglioramento del dolore, della funzione fisica e della qualità della vita, riducendo al contempo la sovrastimolazione.

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

L’azienda globale di assistenza sanitaria 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, inclusi pompe per insulina, dispositivi cardiaci, strumenti chirurgici, robotica chirurgica, sistemi di monitoraggio dei pazienti e altro.

Il segmento cardiologico è il core business di Medtronic, rappresentando il 37 % dei ricavi, seguito da neuroscienze, chirurgia medica e altri, che principalmente coinvolgono il trattamento del diabete.

Con una capitalizzazione di mercato di 118 miliardi di dollari, le azioni MDT sono attualmente quotate a 92,36 $, in rialzo del 15,24 % YTD. Presenta un EPS (TTM) di 3,62 e un P/E (TTM) di 25,44. Medtronic offre inoltre ai suoi azionisti un rendimento da dividendo 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 a 8,6 miliardi di dollari nel primo trimestre dell’anno fiscale 2026, conclusosi il 25 luglio 2025.

Il suo GAAP diluted EPS era 0,81 $, e il suo non‑GAAP diluted EPS era 1,26 $.

Mentre il CEO Geoff Martha ha evidenziato una crescita organica costante dei ricavi e la forza di più categorie di prodotto, il CFO Thierry Piéton ha espresso fiducia nel raggiungere risultati ancora migliori in futuro mentre Medtronic attua “efficienze nella produzione, nella catena di fornitura e nelle spese operative per guidare la crescita degli utili, e aumentare i nostri investimenti in R&D, vendite e marketing.

Questo mese, il produttore di dispositivi medici ha annunciato l’aggiunta di due nuovi direttori al suo consiglio per cercare opportunità di investimento e potenziare la crescita degli utili. Ha anche istituito un Comitato per la Crescita per migliorare la performance delle azioni in ritardo.

Ultime Notizie e Sviluppi sulle Azioni di Medtronic plc (MDT)

Conclusione

La lesione del midollo spinale è una condizione neurologica devastante che può portare a gravi compromissioni funzionali per tutta la vita. È anche un onere sostanziale per individui, famiglie e sistemi sanitari, rendendo cruciale trovare trattamenti migliori e possibilmente riparare questa parte chiave del nostro sistema nervoso centrale.

Con organoidi, bioingegneria e stampa 3D, i ricercatori stanno affrontando uno dei problemi più difficili della medicina. Sebbene le terapie umane siano ancora a anni di distanza, una volta scalate e realizzate, queste tecnologie potranno aiutare milioni di persone a recuperare e riconquistare la loro indipendenza.

Riferimenti:

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, published 26 giugno 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, published 21 maggio 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, published 8 maggio 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, published 15 luglio 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, published 23 luglio 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817