Knochen mit einer Silikonpistole fixieren: Die Technik, die Koreaner umsetzen wollen

Eine modifizierte Silikon- oder Klebepistole ermöglicht Knochentransplantationen direkt auf Frakturen und Defekte während einer Operation. Was wie Fiktion klingt, ist bereits Realität, auch wenn es noch nicht auf Menschen anwendbar ist. Die Ergebnisse dieser an Kaninchen durchgeführten Forschung wurden diesen Freitag in der Fachzeitschrift Device der Cell Press Groupveröffentlicht .

„Unser Ziel war es, ein tragbares Drucksystem für den Einsatz vor Ort zu entwickeln, das leicht ausgestattet und in klinischen Umgebungen eingesetzt werden kann. Dazu haben wir ein Druckgerät vom Typ einer Klebepistole verwendet“, sagte Jung Seung Lee , leitender Autor und Professor für Biomedizintechnik an der Sungkyunkwan-Universität in Seoul , gegenüber El Confidencial.

Er erklärt außerdem, dass das verwendete Material, das den in diese Pistolen eingesetzten heißen Silikonstäben entspricht , direkt auf Knochendefekte unterschiedlicher Geometrie aufgebracht werden kann. „Dank dieses Drucksystems können wir Zeit und Geld bei den komplexen Verfahren sparen, die zur Herstellung von Knochentransplantaten im herkömmlichen 3D-Druck erforderlich sind. Durch die Zugabe biofunktioneller Moleküle wie Wachstumsfaktoren, Antibiotika und Medikamente können wir dieses System außerdem in ein multifunktionales Knochentransplantat-Drucksystem verwandeln.“

Die Studie weist auch darauf hin, dass Knochenimplantate traditionell aus Metall oder Spenderknochen hergestellt wurden. Die modernste Methode zur Herstellung ist jedoch der 3D-Druck. Das Verfahren ist jedoch nicht einfach, da die Implantate bei unregelmäßigen Knochenbrüchen vor der Operation entworfen und hergestellt werden müssen. „Wir versuchen, einige der Einschränkungen der aktuellen Technologien zu überwinden“, erklärt Lee.

Das in die Pistole eingesetzte Material ist ein Filament, das aus zwei Hauptkomponenten besteht: Hydroxylapatit (HA), einer heilungsfördernden Eigenschaft natürlichen Knochens, und Polycaprolacton (PCL), einem biokompatiblen Thermoplast . PCL lässt sich bei Temperaturen bis zu 60 °C verflüssigen und verhindert bei der Anwendung mit diesem Gerät Gewebeschäden während der chirurgischen Anwendung und passt sich gleichzeitig den unregelmäßigen Rillen des gebrochenen Knochens an. „Durch die Anpassung des Verhältnisses von HA und PCL innerhalb des Filaments können Härte und Festigkeit der Transplantate an unterschiedliche anatomische Bedürfnisse angepasst werden“, heißt es in der Erklärung.

Lee weist außerdem darauf hin, dass der Chirurg dank des kompakten Designs Richtung, Winkel und Tiefe des Abdrucks während der Operation in Echtzeit anpassen kann . „Wir haben gezeigt, dass dieser Vorgang in wenigen Minuten abgeschlossen ist. Dies stellt einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Verkürzung der Operationszeit und der Verbesserung der Effizienz des Verfahrens dar“, erklärt er.

Zu den weiteren Eigenschaften dieser Technologie gehörten die antibakteriellen Wirkstoffe Vancomycin und Gentamicin , die die Nachfüllpackungen der Pistole enthielten. „Sowohl in der Petrischalenkultur als auch im Flüssigmedium hemmte es erfolgreich das Wachstum von Escherichia coli und Staphylococcus aureus , zwei häufigen Bakterien, die häufig postoperative Infektionen verursachen. Die Wirkstoffe werden langsam freigesetzt und können mehrere Wochen lang direkt in die Operationsstelle diffundieren“, erklärt er.

„Wir haben das therapeutische Potenzial dieser Technologien anhand eines Kaninchenmodells bestätigt, ihr translationales Potenzial und ihre langfristige Sicherheit erfordern jedoch eine weitere Evaluierung anhand eines Großtiermodells. Darüber hinaus erforschen und untersuchen wir weiterhin die Funktionalitäten dieses Systems im Hinblick auf Infektionsschutz und Erkennung für vielseitige Anwendungen“, bemerkt der Forscher.

Ziel ist es, dass sich das Material biologisch in das umgebende Knochengewebe integriert und mit der Zeit allmählich abgebaut wird, um durch neu gebildeten Knochen ersetzt zu werden. Das nächste Ziel der Wissenschaftler ist es, das antibakterielle Potenzial weiter zu optimieren und das Verfahren für Versuche am Menschen vorzubereiten. „Wir wissen nicht, wie lange es bis zur klinischen Anwendung dauern wird; wir werden die Forschung fortsetzen“, so Lee abschließend.