Andamios impresos en 3D para la reparación de la médula espinal

Más de 15 millones de personas en todo el mundo viven con lesiones de la médula espinal (SCI). Solo en Estados Unidos, más de 300,000 personas sufren de SCI, según el Centro Nacional de Estadísticas de Lesiones de la Médula Espinal.

A pesar de estas cifras, realmente no hay forma de revertir el daño causado por la lesión. Pero dado el efecto devastador que la SCI tiene en los pacientes y la sociedad, los investigadores y las empresas están buscando activamente tratamientos efectivos.

El costo global de la lesión de la médula espinal (SCI)

La lesión de la médula espinal (SCI) es una condición altamente discapacitante que restringe severamente la capacidad de una persona para realizar actividades diarias.

Implica daño a la médula espinal, una estructura nerviosa central que se extiende desde el cerebro hasta la parte inferior de la espalda. Como parte del sistema nervioso central, la médula espinal transmite señales nerviosas entre el cerebro y el cuerpo.

Este largo tubo cilíndrico hecho de tejidos se encuentra en el centro de nuestra columna vertebral y está protegido por las vértebras y tres capas de membranas. Pero actividades como caídas, incidentes de conducción y accidentes de motocicleta y automóvil pueden causar daño a la médula espinal.

Los hombres son más comúnmente afectados por lesiones de la médula espinal que las mujeres.

Dependiendo de la forma en que la lesión afecta la médula espinal y la ubicación de la lesión, se organiza en la columna cervical (cuello), columna torácica (parte superior de la espalda hasta debajo del ombligo), columna lumbar (parte inferior de la espalda) y columna sacra (glúteos hasta la cola).

Hay un total de 31 segmentos en la médula espinal humana, que consisten en 8 segmentos cervicales, 12 segmentos torácicos, 5 segmentos lumbares, 5 segmentos sacros y 1 segmento cocigeo.

En términos de gravedad, la lesión espinal puede ser completa, con ninguna función motora o sensorial por debajo del nivel de la lesión, o incompleta, donde se preserva alguna función.

Cualquier daño a la médula espinal puede afectar nuestro movimiento, función y sensación. Además de la discapacidad física, las personas con SCI también pueden experimentar efectos secundarios mentales, emocionales y sociales.

Un caso grave de SCI puede causar parálisis, pero también es posible la muerte. Las personas con esta condición a menudo mueren antes de tiempo debido a la falta de acceso o mala calidad de los servicios de salud, y como tal, su tasa de mortalidad intrahospitalaria es casi tres veces mayor en países de bajos y medianos ingresos que en países de altos ingresos.

Las personas con lesiones de la médula espinal también corren el riesgo de desarrollar afecciones secundarias discapacitantes y potencialmente mortales.

Mientras que los niños con esta condición son menos propensos a comenzar la escuela, y si se inscriben, menos propensos a avanzar, los adultos con SCI tienen tasas de desempleo que superan el 60%. Las tasas de escolaridad y participación económica más bajas conllevan costos individuales y sociales sustanciales.

Se necesitan tratamientos efectivos para aliviar la carga global de la SCI.

Tratamientos innovadores para lesiones de la médula espinal en desarrollo

Científicos de todo el mundo han estado trabajando en encontrar formas de reparar lesiones de la médula espinal. Los estudios que buscan nuevos tratamientos están en curso en todo el mundo, abriendo puertas a mejores resultados después de estas lesiones.

Hace solo un par de meses, en un estudio innovador, los investigadores desarrollaron un implante ultrafino¹ que se coloca justo en la médula espinal y entrega corrientes eléctricas a la parte dañada, imitando señales naturales para estimular la curación de los nervios.

Cuando se probó en ratas, el dispositivo restauró el movimiento y la sensación del tacto sin causar inflamación o cualquier otro daño.

“A diferencia de un corte en la piel, que generalmente se cura solo, la médula espinal no se regenera de manera efectiva, lo que hace que estas lesiones sean devastadoras y actualmente incurables.”

– El investigador principal, el Dr. Bruce Harland, becario senior de investigación en la Escuela de Farmacia de Waipapa Taumata Rau, Universidad de Auckland

Con su implante, el equipo busca cambiar eso. A largo plazo, la idea es convertirlo en “un dispositivo médico que podría beneficiar a las personas que viven con estas lesiones de la médula espinal que cambian la vida”.

En otro estudio de este año, los investigadores demostraron tasas de recuperación impresionantes para la SCI² combinando la estimulación del nervio vago de bucle cerrado (CLV) con rehabilitación individualizada.

Los pulsos eléctricos se envían al cerebro a través de un dispositivo pequeño que se implanta en el cuello. Se tiene programado para enviar los pulsos durante los ejercicios de rehabilitación. La estimulación del nervio vago durante la terapia física ha demostrado reorganizar las áreas del cerebro dañadas por accidentes cerebrovasculares y mejorar la recuperación.

El estudio en realidad sirvió como un ensayo clínico, con el implante ayudando a los participantes con SCI cervical crónica e incompleta a obtener una mejora significativa en la fuerza del brazo y la mano.

Basado en más de una década de esfuerzos de bioingeniería y neurociencia en la Universidad de Texas en Dallas, el enfoque más reciente ahora procederá a superar el último obstáculo para su posible aprobación de la FDA para el tratamiento de la discapacidad del miembro superior debido a la SCI.

El año pasado, un equipo de cirujanos, neurocientíficos e ingenieros de la Universidad de Cambridge también desarrollaron implantes ‘de envoltura’ para tratar la SCI³.

Como sugiere el nombre, el dispositivo electrónico delgado y de alta resolución se envuelve alrededor de la médula espinal, permitiendo la grabación y estimulación de 360 grados de la médula espinal. También podría pasar por alto una SCI completa donde se hubiera interrumpido la comunicación.

Aunque un tratamiento para las lesiones espinales está lejos, el dispositivo puede ayudarnos a entender mejor esta parte subestudiada de la anatomía humana de manera no invasiva, y a su vez, ayudar en el desarrollo de mejores terapias.

Otro estudio que utiliza la estimulación eléctrica para tratar la SCI provino del Royal College of Surgeons en Irlanda (RCSI).

Este detalló un implante impreso en 3D⁴ que imita la estructura de la médula espinal con una malla conductora ultrafina que entrega estimulación dirigida a áreas dañadas, promoviendo el crecimiento de neuronas y células madre.

El equipo pudo mejorar la eficacia de su dispositivo ajustando el diseño de las fibras, abriendo posibilidades para aplicaciones en ortopédica, cardíaca y curación neurológica.

Mientras tanto, los investigadores de la Universidad de Rutgers han utilizado inteligencia artificial y robótica para tratar la SCI. Ellos emplearon la tecnología para formular proteínas terapéuticas altamente sensibles, lo que permitió al equipo estabilizar con éxito la enzima Chondroitinase ABC (ChABC), que se sabe que reduce el tejido cicatricial resultante de la SCI y promueve la regeneración del tejido.

La enzima ChABC es extremadamente inestable a la temperatura normal del cuerpo humano (98,6°F), perdiendo su actividad en solo unas horas. Como resultado, a menudo se necesitan infusiones de alta dosis repetidas para mantener el beneficio terapéutico. Los copolímeros sintéticos, sin embargo, pueden envolver enzimas y ayudar a estabilizarlas en entornos hostiles.

Los investigadores utilizaron la robótica de manipulación de líquidos para sintetizar y probar la capacidad de varios copolímeros para estabilizar ChABC y mantener la actividad a 98,6° F. Encontraron varios copolímeros capaces de hacerlo, con una combinación de copolímero que retuvo el 30% de la enzima durante una semana, un resultado prometedor para los pacientes con SCI.

Ahora, los investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities han construido un andamio impreso en 3D con canales de microescala que guía el crecimiento de células madre en células nerviosas funcionales. Promueve el crecimiento axonal, la maduración celular y la formación de redes neuronales.

La técnica ha restaurado con éxito el movimiento en ratas con médulas espinales seccionadas, prometiendo transformar el tratamiento futuro para los humanos con lesiones de la médula espinal.

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Andamios impresos en 3D para la reparación de la médula espinal

Aunque se han logrado avances significativos en la gestión clínica para mejorar la calidad de vida de los pacientes, las lesiones de la médula espinal siguen ocurriendo. Además, actualmente no hay tratamientos disponibles para ella.

Dada la complejidad de la lesión de la médula espinal, las nuevas opciones de tratamiento serían muy bienvenidas y beneficiosas para los pacientes con SCI.

El nuevo estudio informa sobre el trasplante de células progenitoras neuronales regionales específicas (sNPCs) para ser un enfoque crucial para la restauración funcional. Estas células han demostrado establecer conexiones funcionales con circuitos neuronales en el área dañada.

Sin embargo, para maximizar la capacidad regenerativa, no solo es necesario definir poblaciones de células trasplantadas y administrar células específicas de la región al área dañada, sino que definir el mecanismo de acción de estas células también es un desafío.

Mientras que los estudios han demostrado beneficios funcionales de diferentes terapias, no se traducirán en lesiones de SCI crónicas debido a que son principalmente mecanismos neuroprotectores en lesiones agudas y subagudas. Hay simplemente una necesidad de perseguir nuevas estrategias, como establecer un mecanismo de relevo integrando células trasplantadas en la circuitaria neural.

Los organoides de la médula espinal son un sustrato ideal para esta empresa. Son, después de todo, los más estructuralmente similares a la médula espinal. Aquí, el uso de 3D para el trasplante de células madre neuronales ha demostrado ser prometedor.

No se puede inyectar células directamente en el espacio de la médula espinal, ya que eso proporciona un apoyo estructural insuficiente. Este problema se puede abordar con andamios impresos en 3D, que no solo ofrecen apoyo estructural sino que también proporcionan orientación biológica y mecánica para las células.

Las tecnologías de impresión 3D también han demostrado la capacidad de crear andamios cargados de células que pueden coincidir con la forma del área de la lesión, lo que potencialmente podría mejorar la interacción entre el injerto y el huésped después del trasplante.

La aplicación de andamios impresos en 3D en organoides es aún incipiente.

Así que los investigadores de la Universidad de Minnesota crearon andamios de organoides de la médula espinal impresos en 3D utilizando células madre neuronales específicas de la región (sNPCs) derivadas de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC), que tienden a evitar el rechazo inmunitario.

Los estudios han demostrado que las sNPCs derivadas de iPSC pueden mantener su especificidad regional después del trasplante. La mayoría de estas células se diferencian en neuronas para reemplazar células perdidas o dañadas, replicando así el tejido de la médula espinal.

En cuanto al material para imprimir andamios, el equipo se decidió por la silicona, que se utiliza ampliamente en aplicaciones médicas.

Derivada de elementos naturales, la silicona es un polímero sintético que es conocido por su alta biocompatibilidad y excelente resistencia a la oxidación. Su alta permeabilidad al gas, mientras tanto, apoya la supervivencia de células que demandan oxígeno.

Además, es no degradable por naturaleza, lo que hace que la silicona sea un material de andamio adecuado para crecer células impresas en organoides, ya que no se desintegra. El equipo de investigación también ha analizado previamente andamios de silicona en un entorno de laboratorio controlado.

Así que, con eso, el equipo procedió a construir andamios de organoides de la médula espinal de silicona impresos en 3D para promover la recuperación funcional en una rata con una médula espinal seccionada.

Puentes entre la esperanza y la curación con un marco funcional

En este enfoque innovador, los investigadores de la Universidad de Minnesota han combinado biología de células madre, tejidos cultivados en laboratorio y impresión 3D para curar lesiones de la médula espinal.

El proceso innovador se detalló en el estudio titulado Andamios impresos en 3D promueven la formación mejorada de organoides espinales para su uso en lesiones de la médula espinal⁵, que se publicó recientemente en la revista científica revisada por pares Advanced Healthcare Materials.

Con la nueva investigación, los científicos están abordando el gran desafío con la lesión, que es la muerte de células nerviosas y la incapacidad de las fibras nerviosas para regenerarse a través del sitio de la lesión.

El marco de impresión 3D único que han creado para órganos cultivados en el laboratorio se denomina andamio de organoide. El andamio de 3D con canales de microescala se imprimió capa por capa mientras que las sNPCs se ponían en microcanales utilizando un sistema de impresión de materiales múltiples basado en extrusión.

Las sNPCs son un tipo de célula madre humana que se programa para ser específica de la médula espinal humana, con el objetivo de ser utilizada para futuras terapias de reemplazo de células después de una lesión de la médula espinal. Estas células se dividen y se diferencian en tipos de células maduras.

A diferencia de las células madre neuronales derivadas del cerebro, las sNPCs se integran en la médula espinal del huésped y se diferencian en neuronas, formando redes neuronales esenciales para la recuperación funcional y la restauración de conexiones dentro de los circuitos neuronales existentes.

“Utilizamos los canales impresos en 3D del andamio para dirigir el crecimiento de las células madre, lo que garantiza que las nuevas fibras nerviosas crezcan de la manera deseada”, dijo el primer autor del estudio, Guebum Han, un ex investigador posdoctoral en ingeniería mecánica de la Universidad de Minnesota que actualmente trabaja en Intel Corporation. “Este método crea un sistema de relevo que, cuando se coloca en la médula espinal, pasa por alto el área dañada”.

Los investigadores probaron su marco en ratas para comprobar su viabilidad. Los andamios se trasplantaron en ratas cuyas médulas espinales estaban completamente seccionadas, y las células se diferenciaron con éxito en neuronas.

A las doce semanas después del trasplante, mientras que la mayoría de las células dentro de los andamios se diferenciaron en neuronas, muchas se extendieron hacia la médula espinal del huésped. Las fibras nerviosas se extendieron en direcciones rostrales (hacia la cabeza) y caudales (hacia la cola), formando nuevas conexiones con los circuitos nerviosos existentes del huésped.

Las nuevas células nerviosas se integraron sin esfuerzo en el tejido de la médula espinal de la rata con el tiempo, lo que llevó a una recuperación funcional considerable. Según Ann Parr, profesora de neurocirugía de la Universidad de Minnesota:

“La medicina regenerativa ha traído una nueva era en la investigación de lesiones de la médula espinal. Nuestro laboratorio está emocionado de explorar el potencial futuro de nuestros ‘mini médulas espinales’ para la traducción clínica”.

La investigación aún se encuentra en su fase preliminar. A pesar de ser temprana, ofrece un tratamiento potencialmente nuevo y transformador para aquellos con lesiones de la médula espinal.

Financiada por la Sociedad de la Médula Espinal, los Institutos Nacionales de Salud y el Programa de Subvenciones de Investigación de Lesiones de la Médula Espinal y Traumatismo Cerebral del Estado de Minnesota, el equipo de investigación ahora busca ampliar la producción de su tecnología.

Además, el equipo continuará desarrollando su combinación de tecnologías: sNPCs, ensamblaje de organoides y estrategias de impresión 3D para futuras aplicaciones clínicas.

Invertir en la reparación espinal de próxima generación

Una de las empresas de dispositivos médicos más grandes del mundo, Medtronic plc (MDT ), tiene una gran experiencia en implantes, interfaces neuronales y dispositivos aprobados por la FDA.

También ha desarrollado estimuladores de la médula espinal y dispositivos de neuromodulación para dolor y trastornos del movimiento.

Los dispositivos de estimulación de la médula espinal recargables de la empresa incluyen Inceptiv y Intellis y el Vanta sin recarga. Estos pequeños dispositivos de tamaño cómodo ofrecen alivio del dolor personalizado con tecnología de detección de bucle cerrado y ajustes de terapia basados en la posición del cuerpo, mientras que permiten a los usuarios tener exploraciones de resonancia magnética de todo el cuerpo.

La opción de tratamiento no opiáceo de Medtronic está diseñada para aliviar el dolor crónico entregando pequeños pulsos eléctricos para interrumpir las señales de dolor antes de que lleguen al cerebro.

Medtronic plc (MDT )

A principios de este año, la empresa lanzó datos de un año de su ensayo clínico que evaluó el estimulador de la médula espinal de bucle cerrado (CL-SCS) de Inceptiv en pacientes con dolor en las piernas y dolor crónico en la parte inferior de la espalda (CLBP). Los datos mostraron beneficios en la mejora del dolor, la función física y la calidad de vida, mientras que reducían la sobrestimulación.

La función de bucle cerrado detecta las señales biológicas únicas de cada persona y, en función de eso, ajusta la estimulación según sea necesario.

La empresa con sede en Irlanda, que es una empresa global de atención médica, tiene como objetivo aliviar el dolor, restaurar la salud y prolongar la vida a través de sus tecnologías y terapias que tratan 70 condiciones de salud, incluyendo bombas de insulina, dispositivos cardíacos, herramientas quirúrgicas, robótica quirúrgica, sistemas de monitoreo de pacientes y más.

El segmento de cardiología es el negocio principal de Medtronic, que representa el 37% de los ingresos, seguido de neurociencia, cirugía médica y otros, que principalmente involucran el tratamiento de la diabetes.

Con una capitalización de mercado de $118 mil millones, las acciones de MDT se negocian actualmente a $92,36, un aumento del 15,24% en lo que va del año. Tiene un EPS (TTM) de 3,62 y un P/E (TTM) de 25,44. Medtronic también ofrece a sus accionistas un rendimiento de dividendos del 3,09%.

En cuanto a las finanzas, la empresa de tecnología médica más grande del mundo por ingresos informó un aumento del 8,4% en los ingresos, hasta $8.600 millones, para el primer trimestre del año fiscal 2026, que finalizó el 25 de julio de 2025.

Su EPS diluido GAAP fue de $0,81, y su EPS diluido no GAAP fue de $1,26.

Mientras que el CEO Geoff Martha señaló un crecimiento de los ingresos orgánicos constante y una fuerza de múltiples categorías de productos, el CFO Thierry Piéton compartió la confianza en lograr resultados aún mejores en el futuro a medida que Medtronic ejecute “eficiencias en la fabricación, la cadena de suministro y los gastos operativos para impulsar el crecimiento de las ganancias, y aumentar nuestras inversiones en I+D, ventas y marketing”.

Este mes, el fabricante de dispositivos médicos anunció la adición de dos nuevos directores a su junta para buscar oportunidades de inversión y aumentar el crecimiento de las ganancias. También ha establecido un Comité de Crecimiento para ayudar al rendimiento accionario rezagado.

Últimas noticias y desarrollos de Medtronic plc (MDT)

Conclusión

La lesión de la médula espinal es una condición neurológica devastadora que puede llevar a una discapacidad funcional de por vida. También es una carga sustancial para los individuos, las familias y los sistemas de salud, lo que hace que sea crucial encontrar un mejor tratamiento y posiblemente reparar esta parte clave de nuestro sistema nervioso central.

Con organoides, bioingeniería y impresión 3D, los investigadores están abordando uno de los problemas más difíciles de la medicina. Aunque las terapias humanas aún están años por delante, una vez que se escalen y se hagan realidad, la tecnología puede ayudar a millones a recuperarse y recuperar su independencia.

Referencias:

1. Harland, B., Matter, L., Lopez, S., et al. Tratamiento diario con campo eléctrico mejora los resultados funcionales después de una contusión de la médula espinal torácica en ratas. Nature Communications, 16, 5372, publicado el 26 de junio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-60332-0
2. Kilgard, M.P., Epperson, J.D., Adehunoluwa, E.A., et al. La estimulación del nervio vago de bucle cerrado ayuda en la recuperación de la lesión de la médula espinal. Nature, 643, 1030–1036, publicado el 21 de mayo 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. Bioelectrónica circumferencial flexible para grabación y estimulación de 360° de la médula espinal. Science Advances, 10(19), eadl1230, publicado el 8 de mayo 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. Impresión 3D de micro-mallas de MXeno basadas en una matriz biomimética de ácido hialurónico para aplicaciones de reparación neural. Advanced Science, eadvs.202503454, publicado el 15 de julio 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. Andamios impresos en 3D promueven la formación mejorada de organoides espinales para su uso en lesiones de la médula espinal. Advanced Healthcare Materials, eadhm.202404817, publicado el 23 de julio de 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202404817