Ein Forschungsteam der Sungkyunkwan-Universität in Südkorea hat ein tragbares In-situ-3D-Druckgerät entwickelt, mit dem während der Operation maßgeschneiderte Knochentransplantatgerüste direkt an der Frakturstelle gedruckt werden können. Die in der Fachzeitschrift „Devices“ veröffentlichten Forschungsergebnisse bieten eine neue technische Lösung für die Reparatur von Knochendefekten.

Das Gerät basiert auf einer modifizierten Klebepistolenstruktur und verwendet Verbundfilamente aus Hydroxylapatit (HA) und Polycaprolacton (PCL) als Druckmaterial. PCL, ein biokompatibler Thermoplast, der bei 60 °C flüssig wird, kann sich an unregelmäßige Knochendefektformen anpassen und gleichzeitig thermische Schäden am umliegenden Gewebe vermeiden. Durch die Anpassung des Verhältnisses von HA zu PCL konnte das Forschungsteam die Härte und Festigkeit des Transplantatmaterials individuell anpassen.

Projektleiter Prof. Jung Seung Lee erklärte: „Diese Technologie macht präoperative Bildgebung und Vorfertigung überflüssig und ermöglicht eine präzise anatomische Anpassung selbst bei komplexen Knochendefekten.“ Experimente haben gezeigt, dass das Gerät die Herstellung von Transplantatgerüsten vor Ort innerhalb weniger Minuten abschließen kann, was die Operationszeit deutlich verkürzt. Die Forscher haben zudem die antibakteriellen Wirkstoffe Vancomycin und Gentamicin in die Filamente integriert, sodass das Gerüst über mehrere Wochen hinweg lokal Wirkstoffe freisetzen kann.

In einem Kaninchenmodell mit Oberschenkelfraktur zeigte das transplantierte Gerüst eine ausgezeichnete Biokompatibilität und zeigte 12 Wochen nach der Operation keine Anzeichen einer Infektion oder Nekrose. Im Vergleich zu herkömmlichen Knochenzementtransplantaten zeigte das 3D-gedruckte Transplantat eine bessere Knochenregeneration in wichtigen Parametern wie Knochenoberfläche und Kortikalisdicke. Lee fügte hinzu: „Das Gerüstdesign unterstützt die Biointegration und den allmählichen Abbau, was letztendlich zum Ersatz durch neues Knochengewebe führt.“

Das Team wird anschließend die antibakteriellen Eigenschaften optimieren und Tierversuche durchführen, um die klinische Anwendung vorzubereiten. Diese In-situ-Drucktechnologie bietet einen neuen Ansatz für präzise Reparaturen in Echtzeit in der orthopädischen Chirurgie und dürfte sich zu einer praktischen Lösung für die sofortige Knochenreparatur im Operationssaal entwickeln.

Weitere Informationen: In situ gedruckte biologisch abbaubare Implantate zur Reparatur von Knochendefekten kritischer Größe, Gerät (2025).