3D‑printede støttestrukturer for reparasjon av ryggmarg

Mer enn 15 millioner mennesker over hele verden lever med ryggmargsskade (SCI). Bare i USA lider over 300 000 mennesker av SCI, ifølge National Spinal Cord Injury Statistical Center.

Til tross for disse tallene finnes det egentlig ingen måte å reversere skaden fra skaden på. Men gitt den ødeleggende effekten SCI har på pasientene og samfunnet, ser forskere og selskaper aktivt etter effektive behandlinger.

Den globale belastningen av ryggmargsskade (SCI)

Ryggmargsskade (SCI) er en svært invalidiserende tilstand som kraftig begrenser en persons evne til å utføre daglige aktiviteter. 

Den innebærer skade på ryggmargen, en sentral nervestruktur som strekker seg fra hjernen ned til korsryggen. Som en nøkkel del av sentralnervesystemet, transporterer ryggmargen nerveimpulser mellom hjernen og kroppen.

Dette lange, sylindriske røret laget av vev løper i midten av ryggraden og beskyttes av ryggvirvlene og tre lag med membraner. Men aktiviteter som fall, trafikkulykker og motorsykkel- og bilkollisjoner kan forårsake skade på ryggmargen. 

Menn blir oftere rammet av ryggmargsskade enn kvinner.

Avhengig av hvordan skaden påvirker ryggmargen og hvor skaden befinner seg, er den inndelt i cervikal (nakke), thorakal (øvre rygg til under navlen), lumbal (nedre rygg) og sakral (rumpa til haleben) region.

Det finnes totalt 31 segmenter i den menneskelige ryggmargen, bestående av 8 cervikale, 12 thorakale, fem lumbale, fem sakrale og ett coccygeale segment. 

Når det gjelder alvorlighetsgrad, kan ryggmargsskaden være komplett, uten motorisk eller sensorisk funksjon under skadestedet, eller ufullstendig, hvor noe funksjon bevares.

Enhver skade på ryggmargen kan påvirke vår bevegelse, funksjon og følelse. I tillegg til fysisk funksjonsnedsettelse kan personer med SCI også oppleve mentale, emosjonelle og sosiale bivirkninger.

Et alvorlig tilfelle av SCI kan forårsake lammelse, men død er også en mulighet. Personer med denne tilstanden dør ofte tidligere på grunn av utilstrekkelig tilgang til eller dårlig kvalitet på helsetjenester, og deres dødelighet på sykehus er nesten tre ganger høyere i lav- og mellominntektsland enn i høyinntektsland.

Personer med ryggmargsskade er også i fare for å utvikle invalidiserende og til og med livstruende sekundære tilstander.

Mens barn med denne tilstanden er mindre sannsynlig å begynne på skole, og hvis de blir tatt opp, mindre sannsynlig å komme videre, har voksne med SCI arbeidsledighetstall som overstiger 60 %. De lavere skole- og økonomideltakelsesratene medfører dermed betydelige individuelle så vel som samfunnsmessige kostnader. 

Effektive behandlinger er avgjørende for å lindre den globale byrden av SCI.

Banebrytende behandlinger for ryggmargsskade under utvikling

Forskere over hele verden har jobbet med å finne måter å reparere ryggmargsskader på. Studier som søker nye behandlinger pågår over hele verden, og åpner dører til forbedrede resultater etter disse skadene.

Bare noen måneder siden, i en banebrytende studie, utviklet forskere et ultratynt implantat¹ som sitter rett på ryggmargen og leverer elektriske strømmer til den skadede delen, og etterligner naturlige signaler for å stimulere nervereparasjon.

Da testet på rotter, gjenopprettet enheten bevegelse og berøringsfølelse uten å forårsake betennelse eller annen skade.

“I motsetning til et kutt i huden, som vanligvis leges av seg selv, regenererer ryggmargen seg ikke effektivt, noe som gjør disse skadene ødeleggende og for tiden uhelbredelige.”

– Hovedforsker Dr. Bruce Harland, seniorforsker ved School of Pharmacy, Waipapa Taumata Rau, University of Auckland

Med implantatet ønsker teamet å endre dette. På lang sikt er målet å gjøre det til “en medisinsk enhet som kan komme personer med disse livsendrende ryggmargsskader til gode.”

I en annen studie i år demonstrerte forskere imponerende restitusjonsrater for SCI² ved å kombinere lukket krets vagusnervestimulering (CLV) med individuelt tilpasset rehabilitering.

De elektriske pulsene sendes til hjernen gjennom en liten enhet som er implantert i nakken. Den tidsstyres slik at pulsene leveres under rehabiliteringsøvelser. Stimulering av vagusnerven under fysioterapi har vist seg å omstrukturere hjerneområder som er skadet av slag og gi forbedret restitusjon.

Studien fungerte faktisk som en klinisk prøve, der implantatet hjalp deltakere med kronisk, ufullstendig cervikal SCI å oppnå betydelig forbedring i arm- og håndstyrke.

Basert på mer enn et tiår med bioingeniør- og nevrovitenskapelig arbeid ved UT Dallas, vil den nyeste tilnærmingen nå gå videre for å overvinne den siste hindringen til potensiell FDA-godkjenning for behandling av overarmsfunksjonsnedsettelse på grunn av SCI.

I fjor utviklet et team av kirurger, nevrovitenskere og ingeniører fra University of Cambridge også ‘wraparound’-implantater for å behandle SCI³.

Som navnet antyder, omslutter den tynne, lille, høyoppløste elektroniske enheten ryggmargen, og muliggjør 360‑graders opptak og stimulering av ryggmargen. Den kan også omgå en komplett SCI der kommunikasjonen er avbrutt.

Selv om en behandling for ryggmargsskader fortsatt er langt unna, kan enheten hjelpe oss med å forstå denne lite studerte delen av menneskekroppen på en ikke‑invasiv måte, og dermed bidra til utviklingen av bedre terapier.

En annen studie som bruker elektrisk stimulering for å behandle SCI kom fra Royal College of Surgeons i Irland (RCSI).

Denne studien detaljerte et 3D‑printet implantat⁴ som etterligner strukturen til ryggmargen med et ultratynt, elektrisk ledende nett som leverer målrettet stimulering til skadede områder, og fremmer vekst av nevroner og stamceller.

Teamet klarte å forbedre enhetens effektivitet ved å justere fiberoppsettet, og åpnet muligheter for applikasjon innen ortopedi, kardiologi og nevrologisk helbredelse.

Samtidig har forskere ved Rutgers University benyttet AI og robotikk for å behandle SCI. De brukte teknologien til å formulere svært følsomme terapeutiske proteiner, som gjorde at teamet med hell stabiliserte enzymet Chondroitinase ABC (ChABC), kjent for å redusere arrvev som følge av SCI og fremme vevsregenerasjon. 

Enzymet ChABC er ekstremt ustabilt ved normal menneskelig kroppstemperatur (98,6 °F), og mister sin aktivitet etter kun noen timer. Som følge av dette kreves ofte gjentatte høy‑dose infusjoner for å opprettholde terapeutisk effekt. Syntetiske kopolymerer kan imidlertid omslutte enzymer og hjelpe dem å stabiliseres i ellers fiendtlige miljøer.

Forskerne brukte robotikk for væskehåndtering til å syntetisere og teste ulike kopolymerers evne til å stabilisere ChABC og opprettholde aktivitet ved 98,6 °F. De fant flere kopolymerer som kunne dette, og én kombinasjon beholdt 30 % av enzymet i opptil en uke – et lovende resultat for SCI‑pasienter.

Nå har forskere ved University of Minnesota Twin Cities bygd et 3D‑printet støttestruktur med mikroskala-kanaler som guider stamceller til å vokse til funksjonelle nerveceller. Det fremmer aksonal vekst, cellemodning og neuralt nettverksdannelse.

Teknikken har med hell gjenopprettet bevegelse hos rotter med avskåret ryggmarg, og lover å transformere fremtidig behandling for mennesker med ryggmargsskader.

Swipe to scroll →

3D‑printede støttestrukturer for reparasjon av ryggmarg

Selv om betydelige fremskritt har blitt gjort i klinisk håndtering for å forbedre pasientenes livskvalitet, fortsetter ryggmargsskader å forekomme. Dessuten finnes det for øyeblikket ingen behandlinger tilgjengelige for denne tilstanden.

Gitt kompleksiteten i ryggmargsskade, ville nye behandlingsalternativer bli høyt ønsket og gavnlige for pasienter med SCI.

Den nye studien rapporterer at transplantasjon av regionelt spesifikke nevrale progenitorceller (sNPCs) er en avgjørende tilnærming for funksjonell gjenoppretting. Disse cellene har vist at de kan etablere fungerende forbindelser med nevrale kretsløp over det skadede området. 

Imidlertid, for å maksimere den regenerative kapasiteten, er det ikke bare nødvendig å definere populasjoner av transplanterte celler og administrere regionelt spesifikke celler til det skadede området, men å definere virkningsmekanismen til disse cellene er også utfordrende. 

Selv om studier har vist funksjonelle fordeler med ulike terapier, vil de ikke overføres til kronisk SCI fordi de hovedsakelig er neurobeskyttende mekanismer i akutte og subakutte skader. Det er rett og slett et behov for å forfølge nye strategier, som å etablere en relémekanisme ved å integrere transplanterte celler i den nevrale kretsløpet. 

Ryggmargorganoider er et ideelt substrat for dette prosjektet. De er, tross alt, mest strukturelt lik ryggmargen. Her har bruken av 3D for nevrale stamcelletransplantasjon vist lovende resultater.

Du kan egentlig ikke injisere celler direkte inn i rommet i ryggmargen, da dette gir utilstrekkelig strukturell støtte. Dette problemet kan løses med 3D‑printede støttestrukturer, som ikke bare gir strukturell støtte, men også tilbyr biologisk og mekanisk veiledning for cellene. 

3D‑printing‑teknologier har også vist evnen til å lage celle‑belastede støttestrukturer som kan tilpasses formen på lesjonsområdet, potensielt forbedre samspillet mellom graft og vert etter transplantasjon. 

Bruken av 3D‑printede støttestrukturer på organoider er fortsatt i sin spede begynnelse.

Så, forskerne fra University of Minnesota skapte 3D‑printede ryggmargorganoid‑støttestrukturer ved å bruke humane induserte pluripotente stamceller (iPSC)-avledede sNPCs, som har en tendens til å unngå immunavstøtning.

Studier har vist at PSC‑avledede regionelt spesifikke sNPCs kan opprettholde sin regionale spesifisitet etter transplantasjon. Flertallet av disse cellene differensierer til nevroner for å erstatte tapte eller skadede celler, og dermed replikere ryggmargvev. 

Når det gjelder materialet for å skrive ut støttestrukturer, vendte teamet seg mot silikon, som er bredt brukt i medisinske anvendelser.  

Avledet fra naturlige elementer, er silikon en syntetisk polymer som er kjent for sin høye biokompatibilitet og utmerkede oksidasjonsmotstand. Dens høye gasspermeabilitet støtter samtidig overlevelsen av oksygen‑krevende celler.

Videre er den ikke‑nedbrytbare i naturen, noe som gjør silikon til et egnet støttestruktursmateriale for å dyrke trykte celler til organoider, siden den ikke faller fra hverandre. Forskningsgruppen har også tidligere analysert silikon‑støttestrukturer i et kontrollert laboratoriemiljø.

Dermed bygde teamet 3D‑bioprintede ryggmargorganoid‑silikon‑støttestrukturer for å fremme funksjonell gjenoppretting i en rotte med avskåret ryggmarg. 

Brobygging mellom håp og helbredelse med en funksjonell ramme

I denne nye tilnærmingen har forskere ved University of Minnesota kombinert stamcellebiologi, laboratoriedyrkede vev og 3D‑printing for å helbrede ryggmargsskader.

Den innovative prosessen ble detaljert i studien med tittelen 3D‑Printed Scaffolds Promote Enhanced Spinal Organoid Formation for Use in Spinal Cord Injury⁵, som nylig ble publisert i det fagfellevurderte vitenskapelige tidsskriftet Advanced Healthcare Materials.

Med den nye forskningen adresserer forskerne den store utfordringen med skaden, nemlig døden av nerveceller og mangelen på evne for nervefibre til å vokse på nytt over skadeområdet.

Den unike 3D‑printings‑rammen som de har skapt for organer dyrket i laboratoriet, kalles et organoid‑støttestruktur. 3D‑støttestrukturen med mikroskala‑kanaler ble skrevet lag‑for‑lag mens sNPCs ble plassert i mikrokanaler ved hjelp av et ekstruderingsbasert fler‑material‑printingsystem.

sNPCs er en type menneskelig stamcelle som er programmert til å være spesifikk for den menneskelige ryggmargen, med mål om å bli brukt i fremtidige celle‑erstatningsterapier etter ryggmargsskade. Disse cellene deler seg og differensierer til spesifikke typer modne celler. 

I motsetning til hjerne‑avledede nevrale stamceller, integrerer sNPCs seg i vertens ryggmarg og differensierer til nevroner, danner nevrale nettverk som er essensielle for funksjonell gjenoppretting og gjenoppretter forbindelser innen eksisterende nevrale kretsløp. 

“Vi bruker de 3D‑printede kanalene i støttestrukturen for å styre veksten av stamcellene, noe som sikrer at de nye nervefibrene vokser på ønsket måte,” sa studiens første forfatter, Guebum Han, en tidligere postdoktor i maskinteknikk ved University of Minnesota som nå jobber i Intel Corporation. “Denne metoden skaper et relésystem som, når det plasseres i ryggmargen, omgår det skadede området.”

Forskerne testet rammen på rotter for å sjekke dens levedyktighet. Støttestrukturene ble transplantert inn i rotter med fullstendig avskåret ryggmarg, og cellene differensierte vellykket til nevroner.

Ved tolv uker etter transplantasjon, mens de fleste celler i støttestrukturene differensierte til nevroner, strakte mange seg inn i vertens ryggmarg. Nervefibrene ble forlenget både rostralt (mot hodet) og caudalt (mot halen), og dannet nye forbindelser med vertens eksisterende nervekretser.

De nye nervecellene integrerte seg sømløst i rotte‑ryggmargvevet over tid, noe som førte til betydelig funksjonell gjenoppretting. Ifølge Ann Parr, professor i nevrokirurgi ved University of Minnesota:

“Regenerativ medisin har innledet en ny æra i forskning på ryggmargsskader. Vårt laboratorium er begeistret for å utforske det fremtidige potensialet til våre ‘mini‑ryggmarger’ for klinisk oversettelse.”

Forskningen er fortsatt i sin tidlige fase, men selv om den er tidlig, gir den et potensielt nytt og transformerende behandlingsalternativ for de med ryggmargsskader.

Finansiert av Spinal Cord Society, National Institutes of Health og State of Minnesota Spinal Cord Injury and Traumatic Brain Injury Research Grant Program, har forskerteamet nå som mål å skalere opp produksjonen av teknologien.

Videre vil teamet fortsette å utvikle sin kombinasjon av teknologier: sNPCs, organoid‑sammenstilling og 3D‑printing‑strategier for fremtidige kliniske anvendelser.

Investering i neste generasjons ryggmargreparasjon

Et av verdens største medisinske utstyrsselskaper, Medtronic plc (MDT ), har dyp kompetanse innen implantater, nevro‑grensesnitt og FDA‑godkjente enheter.

De har også utviklet ryggmargstimulatorer og nevromodulasjonsenheter for smerte og bevegelsesforstyrrelser.

Selskapets oppladbare ryggmargstimulerings‑ (SCS) enheter inkluderer Inceptiv og Intellis samt den oppladningsfrie Vanta. Disse små, komfortable enhetene tilbyr personlig smertelindring med lukket‑krets sensorteknologi og terapijusteringer basert på kroppsstilling, samtidig som brukerne kan gjennomføre full‑kropps‑MRI‑skanninger.

Medtronics ikke‑opioide behandlingsalternativ er konstruert for å lindre kronisk smerte ved å levere små elektriske pulser som forstyrrer smertesignaler før de når hjernen.

Medtronic plc (MDT )

Tidligere i år publiserte selskapet ettårige data fra sin kliniske studie som evaluerte Inceptivs lukkede‑krets ryggmargstimulator (CL‑SCS) hos pasienter med bensmerte og kronisk korsryggsmerte (CLBP). Dataene viste fordeler i smertelindring, fysisk funksjon og livskvalitet, samtidig som overstimulering ble redusert.

Den lukkede‑krets‑funksjonen registrerer hver persons unike biologiske signaler og justerer stimuleringen etter behov. 

Det Irland‑baserte globale helse‑selskapet har som mål å lindre smerte, gjenopprette helse og forlenge liv gjennom sine teknologier og terapier som behandler 70 helsetilstander, inkludert insulinpumper, hjerte‑enheter, kirurgiske verktøy, kirurgisk robotikk, pasientovervåkingssystemer og mer.

Kardiologisegmentet er Medtronics kjernevirksomhet og står for 37 % av inntektene, etterfulgt av nevrovitenskap, medisinsk kirurgi og andre, som primært omfatter diabetesbehandling.

Med en markedsverdi på 118 milliarder dollar, handles MDT‑aksjene for øyeblikket til 92,36 $, opp 15,24 % år‑til‑dato. Selskapet har en EPS (TTM) på 3,62 og en P/E (TTM) på 25,44. Medtronic tilbyr også sine aksjonærer en utbytteavkastning på 3,09 %.

Når det gjelder finanser, rapporterte verdens største medtech‑selskap etter inntekt en 8,4 % økning i omsetning til 8,6 milliarder dollar for første kvartal av regnskapsåret 2026, som avsluttet 25. juli 2025.

Dets GAAP‑fortynnede EPS var 0,81 $, og dets non‑GAAP‑fortynnede EPS var 1,26 $.

Mens administrerende direktør Geoff Martha påpekte jevn organisk inntektsvekst og styrke fra flere produktkategorier, delte finansdirektør Thierry Piéton sin tillit til å oppnå enda bedre resultater fremover ettersom Medtronic gjennomfører “effektiviseringer i produksjon, forsyningskjede og driftskostnader for å drive inntjeningsvekst, og øke våre vekstinvesteringer i FoU, salg og markedsføring.

Denne måneden kunngjorde medisinsk‑utstyrsselskapet at de har lagt til to nye styremedlemmer for å søke investeringsmuligheter og øke inntjeningsveksten. De har også etablert en vekstkomité for å hjelpe den svake aksje‑ytelsen.

Latest Medtronic plc (MDT) Stock News and Developments

Conclusion

Ryggmargsskade er en ødeleggende nevrologisk tilstand som kan føre til betydelig livslang funksjonsnedsettelse. Den er også en betydelig belastning for individer, familier og helsesystemer, noe som gjør det kritisk å finne bedre behandlinger og muligens reparere denne nøkkel­delen av vårt sentrale nervesystem.

Med organoider, bioingeniørkunst og 3D‑printing takler forskere ett av medisinens vanskeligste problemer. Selv om menneskelige terapier fortsatt er flere år unna, kan teknologien, når den er skalert og realisert, hjelpe millioner med å komme seg og gjenvinne sin uavhengighet.

Referanser:

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 juni 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 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, published 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, published 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-printed scaffolds promote enhanced spinal organoid formation for use in spinal cord injury. Advanced Healthcare Materials, eadhm.202404817, published 23 juli 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817