Estruturas Impressas em 3D para Reparação da Medula Espinhal

Mais de 15 milhões de pessoas em todo o mundo vivem com lesão da medula espinhal (LME). Só nos EUA, mais de 300.000 pessoas sofrem de LME, de acordo com o National Spinal Cord Injury Statistical Center.

Apesar desses números, realmente não há como reverter os danos da lesão. Mas, dado o efeito devastador que a LME tem sobre os pacientes e a sociedade, pesquisadores e empresas estão ativamente buscando tratamentos eficazes.

O Impacto Global da Lesão da Medula Espinhal (LME)

Lesão da medula espinhal (LME) é uma condição altamente debilitante que restringe severamente a capacidade de uma pessoa de realizar atividades diárias. 

Ela envolve dano à medula espinhal, uma estrutura nervosa central que se estende do cérebro até a parte inferior das costas. Como parte fundamental do sistema nervoso central, a medula espinhal transporta sinais nervosos entre o cérebro e o corpo.

Esse tubo longo e cilíndrico, formado por tecidos, corre no centro da nossa coluna e é protegido pelas vértebras e por três camadas de membranas. Mas atividades como quedas, incidentes de condução e colisões de motocicleta e automóvel podem causar danos à medula espinhal. 

Os homens são mais frequentemente afetados por lesão da medula espinhal do que as mulheres.

Dependendo da forma como a lesão afeta a medula espinhal e da localização da lesão, ela é classificada em coluna cervical (pescoço), coluna torácica (parte superior das costas até abaixo do umbigo), coluna lombar (parte inferior das costas) e coluna sacral (nádegas até cóccix).

Existem um total de 31 segmentos na medula espinhal humana, consistindo em 8 cervicais, 12 torácicos, cinco lombares, cinco sacrais e um segmento coccígeo. 

Em termos de gravidade, a lesão da medula pode ser completa, sem função motora ou sensorial abaixo do nível da lesão, ou incompleta, onde alguma função é preservada.

Qualquer dano à medula espinhal pode afetar nosso movimento, função e sensação. Além da deficiência física, pessoas com LME podem também experimentar efeitos colaterais mentais, emocionais e sociais.

Um caso grave de LME pode causar paralisia, mas a morte também é possível. Pessoas com essa condição costumam morrer mais cedo devido ao acesso insuficiente ou à baixa qualidade dos serviços de saúde, e, como tal, sua taxa de mortalidade hospitalar é quase três vezes maior em países de baixa e média renda comparado a países de alta renda.

Pessoas com lesão da medula espinhal também correm risco de desenvolver condições secundárias debilitantes e até ameaçadoras à vida.

Embora crianças com essa condição tenham menos probabilidade de iniciar a escola e, se matriculadas, menos probabilidade de avançar, adultos com LME apresentam taxas de desemprego superiores a 60%. As menores taxas de participação escolar e econômica acarretam custos substanciais tanto individuais quanto sociais. 

Tratamentos eficazes são essenciais para aliviar o fardo global da LME.

Tratamentos Inovadores para Lesão da Medula Espinhal em Desenvolvimento

Cientistas ao redor do mundo têm trabalhado em encontrar maneiras de reparar lesões da medula espinhal. Estudos em busca de novos tratamentos estão em andamento globalmente, abrindo portas para melhores resultados após essas lesões.

Há apenas alguns meses, em um estudo inovador, pesquisadores desenvolveram um implante ultra-fino que se posiciona diretamente sobre a medula espinhal e entrega correntes elétricas à parte lesionada, imitando sinais naturais para estimular a cura dos nervos.¹

Quando testado em ratos, o dispositivo restaurou o movimento e a sensação tátil sem causar inflamação ou qualquer outro dano.

“Ao contrário de um corte na pele, que normalmente cicatriza por conta própria, a medula espinhal não regenera efetivamente, tornando essas lesões devastadoras e atualmente incuráveis.”

– Pesquisador principal Dr. Bruce Harland, pesquisador sênior na School of Pharmacy da Waipapa Taumata Rau, Universidade de Auckland

Com seu implante, a equipe pretende mudar isso. A longo prazo, a ideia é transformá-lo em “um dispositivo médico que possa beneficiar pessoas que vivem com essas lesões de medula espinhal que mudam a vida”.

Em outro estudo este ano, pesquisadores demonstraram taxas impressionantes de recuperação para LME ao combinar estimulação do nervo vago em circuito fechado (CLV) com reabilitação individualizada.

Os pulsos elétricos são enviados ao cérebro através de um pequeno dispositivo implantado no pescoço. Eles são cronometrados para serem enviados durante os exercícios de reabilitação. Estimular o nervo vago durante a fisioterapia demonstrou reconfigurar áreas cerebrais danificadas por AVC e melhorar a recuperação.

O estudo realmente serviu como um ensaio clínico, com o implante ajudando participantes com LME cervical crônica e incompleta a obter melhorias significativas na força do braço e da mão.

Baseado em mais de uma década de esforços em bioengenharia e neurociência na UT Dallas, a abordagem mais recente avançará agora para superar o obstáculo final rumo à potencial aprovação pela FDA para tratar comprometimento do membro superior devido à LME.

No ano passado, uma equipe de cirurgiões, neurocientistas e engenheiros da Universidade de Cambridge também desenvolveu implantes “envolventes” para tratar LME.

Como o nome sugere, o dispositivo eletrônico fino, pequeno e de alta resolução envolve a medula espinhal, permitindo gravação e estimulação de 360 graus. Também poderia contornar uma LME completa onde a comunicação foi interrompida.

Embora um tratamento para lesões da medula ainda esteja distante, o dispositivo pode nos ajudar a compreender melhor essa parte pouco estudada da anatomia humana de forma não invasiva e, por sua vez, auxiliar no desenvolvimento de terapias melhores.

Outro estudo que utilizou estimulação elétrica para tratar LME veio do Royal College of Surgeons in Ireland (RCSI).

Este detalhou um implante impresso em 3D que imita a estrutura da medula espinhal com uma malha ultra-fina e eletricamente condutora que fornece estimulação direcionada às áreas danificadas, promovendo o crescimento de neurônios e células-tronco.

A equipe conseguiu melhorar a eficácia do dispositivo ajustando o layout das fibras, abrindo possibilidades de aplicação em curas ortopédicas, cardíacas e neurológicas.

Enquanto isso, pesquisadores da Rutgers University utilizaram IA e robótica para tratar LME. Eles empregaram a tecnologia para formular proteínas terapêuticas altamente sensíveis, permitindo à equipe estabilizar com sucesso a enzima Condroitinase ABC (ChABC), conhecida por reduzir o tecido cicatricial resultante da LME e promover a regeneração tecidual.

A enzima ChABC é extremamente instável à temperatura normal do corpo humano (37 °C), perdendo sua atividade em apenas algumas horas. Por isso, muitas vezes são necessárias infusões repetidas em doses elevadas para manter o benefício terapêutico. Copolímeros sintéticos, porém, podem envolver as enzimas e ajudar a estabilizá-las em ambientes que, de outro modo, seriam hostis.

Os pesquisadores usaram robótica de manuseio de líquidos para sintetizar e testar a capacidade de vários copolímeros de estabilizar o ChABC e manter sua atividade a 98,6°F. Encontraram vários copolímeros capazes disso, com uma combinação retendo 30% da enzima por até uma semana, um resultado promissor para pacientes com LME.

Agora, pesquisadores da University of Minnesota Twin Cities construíram um andaime impresso em 3D com canais microscópicos que orienta o crescimento de células-tronco em células nervosas funcionais. Ele promove o crescimento axonal, a maturação celular e a formação de redes neuronais.

A técnica restaurou com sucesso o movimento em ratos com medulas espinhais seccionadas, prometendo transformar o tratamento futuro para humanos com lesões da medula espinhal.

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Andaimes Impressos em 3D para Reparação da Medula Espinhal

Embora avanços significativos tenham sido feitos na gestão clínica para melhorar a qualidade de vida dos pacientes, lesões da medula espinhal continuam a ocorrer. Além disso, atualmente não há tratamentos disponíveis para elas.

Dada a complexidade da lesão da medula espinhal, novas opções de tratamento seriam muito bem‑vindas e benéficas para pacientes com LME.

O novo estudo relata que o transplante de células progenitoras neurais regionais específicas (sNPCs) é uma abordagem crucial para a restauração funcional. Estas células demonstraram ser capazes de estabelecer conexões funcionais com circuitos neurais através da área danificada. 

Entretanto, para maximizar a capacidade regenerativa, não basta apenas definir as populações de células transplantadas e administrar células regionais específicas na área lesionada; definir o mecanismo de ação dessas células também é desafiador. 

Embora estudos tenham demonstrado benefícios funcionais de diferentes terapias, eles não se traduzirão para LME crônica, pois são principalmente mecanismos neuroprotetores em lesões agudas e subagudas. Há simplesmente a necessidade de buscar novas estratégias, como estabelecer um mecanismo de retransmissão integrando as células transplantadas à circuitaria neural.

Organoides da medula espinhal são um substrato ideal para essa empreitada. Eles são, afinal, os mais estruturalmente semelhantes à medula espinhal. Aqui, o uso de 3D para o transplante de células-tronco neurais mostrou-se promissor.

Não é possível injetar células diretamente no espaço da medula espinhal, pois isso fornece suporte estrutural insuficiente. Esse problema pode ser resolvido por andaimes impressos em 3D, que não apenas oferecem suporte estrutural, mas também fornecem orientação biológica e mecânica para as células.

Tecnologias de impressão 3D também demonstraram a capacidade de criar andaimes carregados com células que podem corresponder à forma da área da lesão, potencialmente melhorando as interações enxerto‑hospedeiro após o transplante. 

A aplicação de andaimes impressos em 3D em organoides ainda é incipiente, porém.

Assim, os pesquisadores da University of Minnesota criaram andaimes de organoides da medula espinhal impressos em 3D usando sNPCs derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas humanas (iPSC), que tendem a evitar rejeição imunológica.

Estudos demonstraram que sNPCs regionais específicas derivadas de PSC podem manter sua especificidade regional após o transplante. A maioria dessas células diferencia‑se em neurônios para substituir células perdidas ou danificadas, replicando assim o tecido da medula espinhal. 

Quanto ao material para imprimir os andaimes, a equipe recorreu ao silicone, que é amplamente usado em aplicações médicas.  

Derivado de elementos naturais, o silicone é um polímero sintético conhecido por sua alta biocompatibilidade e excelente resistência à oxidação. Sua alta permeabilidade a gases, por sua vez, apoia a sobrevivência de células que demandam oxigênio.

Além disso, é não degradável por natureza, tornando o silicone um material de andaime adequado para cultivar células impressas em organoides, pois não se desintegra. A equipe de pesquisa também analisou previamente andaimes de silicone em ambiente laboratorial controlado.

Portanto, a equipe avançou para construir andaimes de silicone de organoides da medula espinhal bioprintados em 3D para promover a recuperação funcional em um rato com medula transecada. 

Preenchendo a Lacuna entre Esperança e Cura com uma Estrutura Funcional

Nesta abordagem inovadora, pesquisadores da University of Minnesota combinaram biologia de células-tronco, tecidos cultivados em laboratório e impressão 3D para curar lesões da medula espinhal.

O processo inovador foi detalhado no estudo intitulado 3D-Printed Scaffolds Promote Enhanced Spinal Organoid Formation for Use in Spinal Cord Injury⁵, que foi recentemente publicado na revista científica revisada por pares Advanced Healthcare Materials.

Com a nova pesquisa, os cientistas estão abordando o principal desafio da lesão, que é a morte das células nervosas e a incapacidade das fibras nervosas de crescer novamente através do local da lesão.

A estrutura única de impressão 3D que eles criaram para órgãos cultivados no laboratório é denominada andaime de organoide. O andaime 3D com canais microscópicos foi impresso camada por camada enquanto sNPCs eram inseridas nos microcanais usando um sistema de impressão multimatéria baseado em extrusão.

sNPCs são um tipo de célula-tronco humana programada para ser específica da medula espinhal humana, com o objetivo de ser usada em futuras terapias de substituição celular após lesão da medula espinhal. Essas células dividem‑se e diferenciam‑se em tipos específicos de células maduras. 

Ao contrário das células-tronco neurais derivadas do cérebro, sNPCs integram‑se à medula espinhal hospedeira e diferenciam‑se em neurônios, formando redes neurais essenciais para a recuperação funcional e restaurando conexões dentro dos circuitos neurais existentes.

“Usamos os canais impressos em 3D do andaime para direcionar o crescimento das células-tronco, o que garante que as novas fibras nervosas cresçam da maneira desejada,” disse o primeiro autor do estudo, Guebum Han, ex‑pesquisador de pós‑doutorado em engenharia mecânica da University of Minnesota que atualmente trabalha na Intel (INTC ) Corporation. “Esse método cria um sistema de retransmissão que, quando colocado na medula espinhal, contorna a área danificada.”

Os pesquisadores testaram sua estrutura em ratos para verificar sua viabilidade. Os andaimes foram transplantados em ratos cujas medulas espinhais foram totalmente seccionadas, e as células diferenciaram‑se com sucesso em neurônios.

Doze semanas após o transplante, enquanto a maioria das células dentro dos andaimes diferenciou‑se em neurônios, muitas se estenderam para a medula espinhal hospedeira. As fibras nervosas foram estendidas em direção rostral (em direção à cabeça) e caudal (em direção à cauda), formando novas conexões com os circuitos nervosos existentes do hospedeiro.

As novas células nervosas integraram‑se perfeitamente ao tecido da medula espinhal do rato ao longo do tempo, levando a uma recuperação funcional considerável. Segundo Ann Parr, professora de neurocirurgia da University of Minnesota:

“A medicina regenerativa trouxe uma nova era na pesquisa de lesão da medula espinhal. Nosso laboratório está empolgado em explorar o potencial futuro de nossos ‘mini médulas espinhais’ para a tradução clínica.”

A pesquisa ainda está em sua fase preliminar, porém. Apesar de ser inicial, ela oferece um potencial novo e transformador tratamento para aqueles com lesões da medula espinhal.

Financiada pela Spinal Cord Society, pelos National Institutes of Health e pelo Programa de Subvenções de Pesquisa em Lesão da Medula Espinhal e Lesão Cerebral Traumática do Estado de Minnesota, a equipe de pesquisa agora pretende ampliar a produção de sua tecnologia.

Além disso, a equipe continuará a desenvolver sua combinação de tecnologias: sNPCs, montagem de organoides e estratégias de impressão 3D para futuras aplicações clínicas.

Investindo em Reparação de Medula de Próxima Geração

Uma das maiores empresas de dispositivos médicos do mundo, Medtronic plc (MDT ), tem profunda expertise em implantes, interfaces neurais e dispositivos aprovados pela FDA.

Ela também desenvolveu estimuladores de medula espinhal e dispositivos de neuromodulação para dor e distúrbios de movimento.

Os dispositivos de estimulação da medula espinhal (SCS) recarregáveis da empresa incluem Inceptiv, Intellis e o Vanta sem recarga. Esses dispositivos pequenos e de tamanho confortável oferecem alívio de dor personalizado com tecnologia de detecção em circuito fechado e ajustes de terapia baseados na posição corporal, permitindo ainda que os usuários realizem exames de ressonância magnética de corpo inteiro.

A opção de tratamento não opioide da Medtronic foi projetada para aliviar a dor crônica ao entregar pequenos pulsos elétricos que interrompem os sinais de dor antes que alcancem o cérebro.

Medtronic plc (MDT )

No início deste ano, a empresa divulgou dados de um ano inteiro de seu ensaio clínico que avaliou o estimulador de medula espinhal em circuito fechado (CL‑SCS) Inceptiv em pacientes com dor nas pernas e dor lombar crônica (CLBP). Os dados mostraram benefícios na melhora da dor, da função física e da qualidade de vida, ao mesmo tempo que reduziram a superestimulação.

O recurso de circuito fechado detecta os sinais biológicos únicos de cada pessoa e, com base neles, ajusta a estimulação conforme necessário. 

A empresa global de saúde, com sede na Irlanda, tem como objetivo aliviar a dor, restaurar a saúde e prolongar a vida por meio de suas tecnologias e terapias que tratam 70 condições de saúde, incluindo bombas de insulina, dispositivos cardíacos, ferramentas cirúrgicas, robótica cirúrgica, sistemas de monitoramento de pacientes e muito mais.

O segmento de cardiologia é o principal negócio da Medtronic, representando 37% da receita, seguido por neurociência, cirurgia médica e outros, que envolvem principalmente o tratamento de diabetes.

Com capitalização de mercado de US$ 118 bilhões, as ações da MDT estão atualmente negociando a US$ 92,36, alta de 15,24% no ano. Possui um EPS (TTM) de 3,62 e um P/E (TTM) de 25,44. A Medtronic também oferece aos acionistas um rendimento de dividendos de 3,09%.

Quanto aos resultados financeiros, a maior empresa de tecnologia médica do mundo por receita registrou um aumento de 8,4% na receita, totalizando US$ 8,6 bilhões no primeiro trimestre do ano fiscal de 2026, que terminou em 25 de julho de 2025.

Seu EPS diluído GAAP foi US$ 0,81, e seu EPS diluído non‑GAAP foi US$ 1,26.

Enquanto o CEO Geoff Martha observou crescimento orgânico consistente da receita e força de múltiplas categorias de produtos, o CFO Thierry Piéton compartilhou confiança em alcançar resultados ainda melhores, à medida que a Medtronic executa “eficiências na manufatura, cadeia de suprimentos e despesas operacionais para impulsionar o crescimento dos lucros, e aumenta nossos investimentos de crescimento em P&D, vendas e marketing.

Este mês, a fabricante de dispositivos médicos anunciou a adição de dois novos diretores ao seu conselho para buscar oportunidades de investimento e impulsionar o crescimento dos lucros. Também criou um Comitê de Crescimento para ajudar a melhorar o desempenho das ações.

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Medtronic plc (MDT)

Conclusão

Lesão da medula espinhal é uma condição neurológica devastadora que pode levar a comprometimentos funcionais significativos ao longo da vida. Também representa um fardo considerável para indivíduos, famílias e sistemas de saúde, tornando crítico encontrar tratamentos melhores e, possivelmente, reparar essa parte fundamental do nosso sistema nervoso central.

Com organoides, bioengenharia e impressão 3D, os pesquisadores estão enfrentando um dos problemas mais difíceis da medicina. Embora as terapias humanas ainda estejam a anos de distância, uma vez escaladas e realizadas, a tecnologia pode ajudar milhões a se recuperar e reconquistar sua independência.

Referências:

1. Harland, B., Matter, L., Lopez, S., et al. O tratamento diário com campo elétrico melhora os resultados funcionais após lesão medular por contusão torácica em ratos. Nature Communications, 16, 5372, publicado em 26 de junho de 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, publicado em 21 de maio de 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, publicado em 8 de maio de 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, publicado em 15 de julho de 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, publicado em 23 de julho de 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817