3D-geprinte scaffold voor ruggenmergherstel

Meer dan 15 miljoen mensen wereldwijd leven met een ruggenmergblessure (SCI). Alleen in de VS lijden meer dan 300.000 mensen aan SCI, volgens het National Spinal Cord Injury Statistical Center.

Ondanks deze cijfers is er echt geen manier om de schade van de blessure te herstellen. Maar gezien het verwoestende effect van SCI op patiënten en de samenleving, zoeken onderzoekers en bedrijven actief naar effectieve behandelingen.

De wereldwijde tol van ruggenmergblessure (SCI)

Ruggenmergblessure (SCI) is een zeer invaliderende aandoening die iemands vermogen om dagelijkse activiteiten uit te voeren ernstig beperkt. 

Het omvat schade aan het ruggenmerg, een centraal zenuwstructuur die zich uitstrekt van de hersenen tot aan de onderrug. Als een belangrijk onderdeel van het centrale zenuwstelsel, draagt het ruggenmerg zenuwsignalen tussen de hersenen en het lichaam.

Deze lange, cilindrische buis van weefsel loopt in het midden van onze wervelkolom en wordt beschermd door de wervels en drie lagen membranen. Maar activiteiten zoals vallen, verkeersongevallen en motorfiets- en autocrashes kunnen schade aan het ruggenmerg veroorzaken. 

Mannen worden vaker getroffen door ruggenmergblessures dan vrouwen.

Afhankelijk van de manier waarop de blessure het ruggenmerg aantast en de locatie van de blessure, wordt het ingedeeld in de cervicale wervelkolom (nek), thoracale wervelkolom (bovenrug tot onder navel), lumbale wervelkolom (onderrug) en sacrale wervelkolom (billen tot staartbeen).

Er zijn in totaal 31 segmenten in het menselijk ruggenmerg, bestaande uit 8 cervicale, 12 thoracale, vijf lumbale, vijf sacrale en één coccygeale segment. 

Wat de ernst betreft, kan de ruggenmergblessure compleet zijn, zonder motorische of sensorische functie onder het blessurniveau, of onvolledig, waarbij enige functie behouden blijft.

Elke schade aan het ruggenmerg kan onze beweging, functie en gevoel beïnvloeden. Naast fysieke beperkingen kunnen mensen met SCI ook mentale, emotionele en sociale bijwerkingen ervaren.

Een ernstig geval van SCI kan verlamming veroorzaken, maar de dood is ook mogelijk. Mensen met deze aandoening sterven vaak eerder door onvoldoende toegang tot of slechte kwaliteit van gezondheidsdiensten, en hun in-hospitaal sterftecijfer is bijna drie keer hoger in lage- en middeninkomenslanden dan in hoge-inkomenslanden.

Mensen met ruggenmergblessure lopen ook risico op het ontwikkelen van slopende en zelfs levensbedreigende secundaire aandoeningen.

Terwijl kinderen met deze aandoening minder vaak naar school gaan, en als ze ingeschreven zijn minder vaak doorgroeien, hebben volwassenen met SCI werkloosheidspercentages die hoger zijn dan 60%. De lagere school- en economische participatiepercentages dragen dus aanzienlijke individuele en maatschappelijke kosten met zich mee. 

Effectieve behandelingen zijn essentieel om de wereldwijde last van SCI te verlichten.

Doorbraakbehandelingen voor ruggenmergblessure in ontwikkeling

Wetenschappers over de hele wereld werken aan het vinden van manieren om ruggenmergblessures te repareren. Studies die zoeken naar nieuwe behandelingen lopen wereldwijd, waardoor deuren worden geopend naar verbeterde uitkomsten na deze blessures.

Nog een paar maanden geleden, in een baanbrekende studie, ontwikkelden onderzoekers een ultradunne implantaat¹ die direct op het ruggenmerg zit en elektrische stromen levert aan het beschadigde deel, waardoor natuurlijke signalen worden nagebootst om zenuwherstel te stimuleren.

Toen getest op ratten, herstelde het apparaat beweging en tastzin zonder ontsteking of andere schade te veroorzaken.

“In tegenstelling tot een snee in de huid, die meestal vanzelf geneest, regenereert het ruggenmerg niet effectief, waardoor deze blessures verwoestend en momenteel ongeneeslijk zijn.”

– Hoofdonderzoeker Dr. Bruce Harland, senior research fellow aan de School of Pharmacy van Waipapa Taumata Rau, Universiteit van Auckland

Met hun implantaat wil het team dat veranderen. Op de lange termijn is het idee om het om te vormen tot “een medisch apparaat dat mensen met deze levensveranderende ruggenmergblessures kan helpen.”

In een andere studie dit jaar, toonden onderzoekers indrukwekkende herstelpercentages voor SCI² door gesloten-lus vagus zenuwstimulatie (CLV) te combineren met geïndividualiseerde revalidatie.

De elektrische pulsen worden verzonden naar de hersenen via een klein apparaat dat in de nek is geïmplanteerd. Het is getimed om de pulsen tijdens revalidatie-oefeningen te sturen. Stimulatie van de vaguszenuw tijdens fysiotherapie heeft aangetoond hersengebieden die door een beroerte zijn beschadigd, te herbedraden en een verbeterd herstel te bewerkstelligen.

De studie fungeerde eigenlijk als een klinische proef, waarbij de implantaat deelnemers met chronische, onvolledige cervicale SCI hielp een betekenisvolle verbetering in arm- en handkracht te behalen.

Gebaseerd op meer dan een decennium aan bio‑engineering en neurowetenschappelijke inspanningen aan UT Dallas, zal de nieuwste benadering nu de laatste hindernis overwinnen voor mogelijke FDA‑goedkeuring voor de behandeling van bovenste ledemaatbeperking door SCI.

Vorig jaar ontwikkelde een team van chirurgen, neurowetenschappers en ingenieurs van de Universiteit van Cambridge ook ‘wraparound’ implantaat om SCI te behandelen³.

Zoals de naam al aangeeft, omhult het dunne, kleine, hoge-resolutie elektronische apparaat het ruggenmerg, waardoor 360‑graden opname en stimulatie van het ruggenmerg mogelijk is. Het zou ook een complete SCI kunnen omzeilen waar de communicatie was onderbroken.

Hoewel een behandeling voor ruggenmergblessures nog ver weg is, kan het apparaat ons helpen dit onderbelichte deel van de menselijke anatomie op een niet‑invasieve manier beter te begrijpen, en op zijn beurt de ontwikkeling van betere therapieën te ondersteunen.

Een andere studie die elektrische stimulatie gebruikt om SCI te behandelen kwam van het Royal College of Surgeons in Ierland (RCSI).

Deze gedetailleerde 3D‑geprinte implantaat⁴ die de structuur van het ruggenmerg nabootst met een ultradun, elektrisch geleidend gaas dat gerichte stimulatie levert aan beschadigde gebieden, waardoor neuron‑ en stamcelgroei wordt bevorderd.

Het team kon de effectiviteit van hun apparaat verbeteren door de vezelindeling aan te passen, waardoor mogelijkheden ontstaan voor toepassing in orthopedische, cardiale en neurologische genezing.

Ondertussen hebben onderzoekers van Rutgers University AI en robotica gebruikt om SCI te behandelen. Ze zetten de technologie in om zeer gevoelige therapeutische eiwitten te formuleren, waardoor het team erin slaagde het enzym Chondroitinase ABC (ChABC) te stabiliseren, dat bekend staat om littekenweefsel te verminderen dat voortkomt uit SCI en weefselregeneratie te bevorderen. 

Het enzym ChABC is extreem onstabiel bij normale menselijke lichaamstemperatuur (98,6°F), waarbij het zijn activiteit binnen enkele uren verliest. Daardoor zijn vaak herhaalde hoge‑dosis infusies nodig om therapeutisch voordeel te behouden. Synthetische copolymeren kunnen echter enzymen omhullen en helpen stabiliseren in anders vijandige omgevingen.

De onderzoekers gebruikten liquid handling robotica om verschillende copolymeren’s vermogen te synthetiseren en te testen om ChABC te stabiliseren en de activiteit te behouden bij 98,6° F. Ze vonden verschillende copolymeren die dat konden, waarbij één combinatie 30% van het enzym een week lang behield, een veelbelovend resultaat voor SCI‑patiënten.

Nu hebben onderzoekers van de University of Minnesota Twin Cities een 3D‑geprinte scaffold gebouwd met microschaalkanalen die stamcellen groei naar werkende zenuwcellen leidt. Het bevordert axonale groei, celrijping en neuronaal netwerkvorming.

De techniek heeft met succes beweging hersteld bij ratten met doorgesneden ruggenmergen, wat veelbelovend is voor de transformatie van toekomstige behandelingen voor mensen met ruggenmergblessures.

Swipe to scroll →

3D‑geprinte scaffold voor ruggenmergherstel

Hoewel aanzienlijke vooruitgang is geboekt in klinisch beheer om de kwaliteit van leven van patiënten te verbeteren, blijven ruggenmergblessures zich voordoen. Ook, er zijn momenteel geen behandelingen beschikbaar voor het.

Gezien de complexiteit van ruggenmergblessure, zouden nieuwe behandelingsopties zeer welkom en gunstig zijn voor patiënten met SCI.

De nieuwe studie meldt de transplantatie van regionaal specifieke neurale progenitorcellen (sNPC’s) als een cruciale aanpak voor functioneel herstel. Deze cellen hebben aangetoond dat ze werkende verbindingen met neurale circuits over het beschadigde gebied kunnen vormen. 

Echter, om de regeneratieve capaciteit te maximaliseren, is het niet alleen nodig om populaties van getransplanteerde cellen te definiëren en regionaal specifieke cellen toe te dienen aan het beschadigde gebied, maar het definiëren van het werkingsmechanisme van deze cellen is ook uitdagend. 

Hoewel studies functionele voordelen van verschillende therapieën hebben aangetoond, zullen ze niet vertalen naar chronische SCI omdat ze voornamelijk neuroprotectieve mechanismen zijn bij acute en subacute verwondingen. Er is gewoonweg een behoefte om nieuwe strategieën te volgen, zoals het opzetten van een relaismechanisme door getransplanteerde cellen in de neurale circuitintegratie. 

Ruggenmergorganoïden vormen een ideaal substraat voor dit avontuur. Ze zijn, tenslotte, het meest structureel vergelijkbaar met het ruggenmerg. Hier heeft het gebruik van 3D voor neurale stamceltransplantatie veelbelovend getoond.

Je kunt cellen niet echt direct in de ruimte van het ruggenmerg injecteren, omdat dat onvoldoende structurele ondersteuning biedt. Dit probleem kan worden aangepakt door 3D‑geprinte scaffold, die niet alleen structurele ondersteuning biedt maar ook biologische en mechanische begeleiding voor de cellen. 

3D‑printtechnologieën hebben ook aangetoond dat ze in staat zijn om celbeladen scaffolden te creëren die de vorm van het letselgebied kunnen volgen, wat mogelijk de interacties tussen graft en gastheer na transplantatie verbetert. 

De toepassing van 3D‑geprinte scaffolden op organoïden is echter nog in de kinderschoenen.

Dus, de onderzoekers van de Universiteit van Minnesota creëerden 3D‑geprinte ruggenmergorganoïd scaffolden door gebruik te maken van menselijk geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC)-afgeleide sNPC’s, die de neiging hebben immuunafstoting te vermijden.

Studies hebben aangetoond dat PSC‑afgeleide regionaal specifieke sNPC’s hun regionale specificiteit kunnen behouden na transplantatie. De meerderheid van deze cellen differentieert tot neuronen om verloren of beschadigde cellen te vervangen, waardoor ruggenmergweefsel wordt gerepliceerd. 

Wat betreft het materiaal voor het printen van scaffolden, koos het team silicone, dat wijdverspreid wordt gebruikt in medische toepassingen.  

Afgeleid van natuurlijke elementen, is silicone een synthetisch polymeer dat bekend staat om zijn hoge biocompatibiliteit en uitstekende oxidatieweerstand. Zijn hoge gaspermeabiliteit ondersteunt ondertussen het overleven van zuurstofbehoeftige cellen.

Bovendien is het van nature niet‑afbreekbaar, waardoor silicone een geschikt scaffoldmateriaal is om geprinte cellen in organoïden te laten groeien, omdat het niet uit elkaar valt. Het onderzoeksteam heeft silicone scaffolden ook eerder geanalyseerd in een gecontroleerde laboratoriumomgeving.

Dus, met dat, bouwde het team 3D‑bioprintte ruggenmergorganoïd silicone scaffolden om functioneel herstel te bevorderen bij een rat met een doorgesneden ruggenmerg. 

De kloof tussen hoop en genezing overbruggen met een functioneel raamwerk

In deze nieuwe benadering hebben onderzoekers van de Universiteit van Minnesota stamcelbiologie, in‑lab‑gegroeide weefsels en 3D‑printen gecombineerd om ruggenmergblessures te genezen.

Het innovatieve proces werd gedetailleerd in de studie getiteld 3D-Printed Scaffolds Promote Enhanced Spinal Organoid Formation for Use in Spinal Cord Injury⁵, die recentelijk is gepubliceerd in het peer‑review‑wetenschappelijke tijdschrift Advanced Healthcare Materials.

Met het nieuwe onderzoek, de wetenschappers pakken de belangrijkste uitdaging van de blessure aan, namelijk de dood van zenuwcellen en het onvermogen van zenuwvezels om opnieuw te groeien over de blessureplaats.

Het unieke 3D‑print‑raamwerk dat zij hebben gecreëerd voor organen die in het laboratorium zijn gekweekt wordt een organoïd‑scaffold genoemd. De 3D‑scaffold met microschaalkanalen werd laag‑voor‑laag geprint terwijl sNPC’s in microkanalen werden geplaatst met een extrusie‑gebaseerd multi‑materiaal printsysteem.

sNPC’s zijn een type menselijke stamcel die geprogrammeerd zijn om specifiek voor het menselijk ruggenmerg te zijn, met als doel in de toekomst te worden gebruikt voor celvervangende therapieën na een ruggenmergblessure. Deze cellen delen en differentiëren zich tot specifieke typen volwassen cellen. 

In tegenstelling tot hersen‑afgeleide neurale stamcellen, integreren sNPC’s in het gastheer‑ruggenmerg en differentiëren tot neuronen, vormen neurale netwerken die essentieel zijn voor functioneel herstel en het herstellen van verbindingen binnen bestaande neurale circuits. 

“We gebruiken de 3D‑geprinte kanalen van de scaffold om de groei van de stamcellen te sturen, waardoor de nieuwe zenuwvezels op de gewenste manier groeien,” zei de eerste auteur van de studie, Guebum Han, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota die momenteel werkt bij Intel Corporation. “Deze methode creëert een relais‑systeem dat, wanneer geplaatst in het ruggenmerg, het beschadigde gebied omzeilt.”

De onderzoekers testten hun raamwerk op ratten om de levensvatbaarheid te controleren. De scaffolden werden getransplanteerd in ratten waarvan de ruggenmergen volledig doorgesneden waren, en de cellen differentieerden succesvol tot neuronen.

Twaalf weken na transplantatie, terwijl de meeste cellen binnen de scaffolden tot neuronen differentieerden, groeiden veel uit naar het gastheer‑ruggenmerg. De zenuwvezels werden zowel naar het rostrale (richting het hoofd) als caudale (richting de staart) uitgebreid, waardoor nieuwe verbindingen met de bestaande zenuwcircuits van de gastheer werden gevormd.

De nieuwe zenuwcellen integreerden na verloop van tijd naadloos in het ruggenmergweefsel van de rat, wat leidde tot aanzienlijke functionele herstel. Volgens Ann Parr, professor neurosurgie aan de Universiteit van Minnesota:

“Regeneratieve geneeskunde heeft een nieuw tijdperk in ruggenmergblessure‑onderzoek gebracht. Ons laboratorium is enthousiast om het toekomstige potentieel van onze ‘mini‑ruggenmergen’ voor klinische vertaling te verkennen.”

Het onderzoek bevindt zich nog in een vroeg stadium. Ondanks dat het vroeg is, biedt het een potentieel nieuwe en transformatieve behandeling voor mensen met ruggenmergblessures.

Gefinancierd door de Spinal Cord Society, de National Institutes of Health, en het State of Minnesota Spinal Cord Injury and Traumatic Brain Injury Research Grant Program, streeft het onderzoeksteam er nu naar de productie van hun technologie op te schalen.

Bovendien zal het team blijven werken aan hun combinatie van technologieën: sNPC’s, organoïd‑assemblage, en 3D‑printstrategieën voor toekomstige klinische toepassingen.

Investeren in de volgende generatie ruggenmergherstel

Een van ‘s werelds grootste medische apparaatbedrijven, Medtronic plc (MDT ), heeft diepe expertise in implantaat, neurale interfaces en FDA‑goedgekeurde apparaten.

Het heeft ook ruggenmergstimulators en neuromodulatie‑apparaten ontwikkeld voor pijn en bewegingsstoornissen.

De oplaadbare ruggenmergstimulatie‑apparaten (SCS) van het bedrijf omvatten Inceptiv en Intellis en de oplaad‑vrije Vanta. Deze kleine, comfortabele apparaten bieden gepersonaliseerde pijnverlichting met gesloten‑lus sensortechnologie en therapie‑aanpassingen gebaseerd op lichaamshouding, terwijl gebruikers volledige‑lichaam MRI‑scans kunnen ondergaan.

Medtronic’s niet‑opioïde behandelingsoptie is ontworpen om chronische pijn te verlichten door kleine elektrische pulsen te leveren die pijnsignalen verstoren voordat ze de hersenen bereiken.

Medtronic plc (MDT )

Eerder dit jaar bracht het bedrijf jaar‑lange gegevens vrij van zijn klinische proef die de Inceptiv gesloten‑lus ruggenmergstimulator (CL‑SCS) evalueerde bij patiënten met beenpijn en chronische lage‑rugpijn (CLBP). De gegevens toonden voordelen in pijnvermindering, fysieke functie en kwaliteit van leven, terwijl overstimulatie werd verminderd.

De gesloten‑lus functie detecteert ieders unieke biologische signalen en past de stimulatie daarop aan. 

Het in Ierland gevestigde wereldwijde zorgbedrijf streeft ernaar pijn te verlichten, gezondheid te herstellen en het leven te verlengen via haar technologieën en therapieën die 70 gezondheidscondities behandelen, waaronder insulinepompen, hartapparaten, chirurgische instrumenten, chirurgische robotica, patiëntbewakingssystemen, en meer.

De cardiologie‑segment is de kernactiviteit van Medtronic, goed voor 37% van de omzet, gevolgd door neurowetenschappen, medische chirurgie, en andere, die voornamelijk betreft diabetesbehandeling.

Met een marktkapitalisatie van $118 miljard, worden MDT‑aandelen momenteel verhandeld tegen $92,36, een stijging van 15,24% YTD. Het heeft een EPS (TTM) van 3,62 en een P/E (TTM) van 25,44. Medtronic biedt ook een dividendrendement van 3,09% aan aandeelhouders.

Wat de financiën betreft, meldde het grootste medtech‑bedrijf ter wereld qua omzet een omzetstijging van 8,4% tot $8,6 miljard voor het eerste kwartaal van het fiscale jaar 2026, dat eindigde op 25 juli 2025.

De GAAP verwaterde EPS was $0,81, en de non‑GAAP verwaterde EPS was $1,26.

Terwijl CEO Geoff Martha consistente organische omzetgroei en sterkte vanuit meerdere productcategorieën opmerkte, deelde CFO Thierry Piéton vertrouwen in het behalen van nog betere resultaten, aangezien Medtronic “efficiënties in productie, toeleveringsketen en operationele kosten uitvoert om winstgroei te stimuleren, en onze groeiinvesteringen in R&D, verkoop en marketing te verhogen.”

Deze maand kondigde de medisch‑apparaatfabrikant de toevoeging van twee nieuwe directeuren aan haar raad aan om investeringskansen te zoeken en de winstgroei te stimuleren. Het heeft ook een Groeicomité opgericht om de achterblijvende aandelenprestaties te verbeteren.

Laatste Medtronic plc (MDT) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

Conclusie

Ruggenmergblessure is een verwoestende neurologische aandoening die kan leiden tot aanzienlijke levenslange functionele beperkingen. Het vormt ook een aanzienlijke last voor individuen, families en zorgsystemen, waardoor het cruciaal is betere behandelingen te vinden en mogelijk dit sleutelonderdeel van ons centrale zenuwstelsel te repareren.

Met organoïden, bio‑engineering en 3D‑printen pakken onderzoekers een van de moeilijkste problemen in de geneeskunde aan. Hoewel menselijke therapieën nog jaren verwijderd zijn, kan de technologie, zodra opgeschaald en gerealiseerd, miljoenen helpen herstellen en hun onafhankelijkheid terugwinnen.

Referenties:

1. Harland, B., Matter, L., Lopez, S., et al. Dagelijkse elektrische veldbehandeling verbetert functionele uitkomsten na thoracale contusie ruggenmergblessure bij ratten. Nature Communications, 16, 5372, gepubliceerd 26 juni 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-60332-0
2. Kilgard, M.P., Epperson, J.D., Adehunoluwa, E.A., et al. Gesloten‑lus vagus zenuwstimulatie helpt herstel van ruggenmergblessure. Nature, 643, 1030–1036, gepubliceerd 21 mei 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. Flexibele circumferentiële bio‑electronics om 360‑graden opname en stimulatie van het ruggenmerg mogelijk te maken. Science Advances, 10(19), eadl1230, gepubliceerd 8 mei 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 van elektro‑geleidend MXene‑gebaseerd micro‑mesh in een biomimetisch hyaluronzuur‑gebaseerd scaffold richt en verbetert elektrische stimulatie voor neurale reparatietoepassingen. Advanced Science, eadvs.202503454, gepubliceerd 15 juli 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‑geprinte scaffolden bevorderen verbeterde ruggenmerg‑organoïd vorming voor gebruik bij ruggenmergblessure. Advanced Healthcare Materials, eadhm.202404817, gepubliceerd 23 juli 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817