Tiefer als bisher: Das Team um Ferda Canbaz von der Uni Basel schaffte es, mit einem Laser 4.5 Zentimeter tief in einen Knochen zu schneiden. Eine derart grosse Schnitttiefe war bislang nicht möglich. In der Medizin kommen Laser heute vor allem bei weichen Geweben zum Einsatz, zum Beispiel in der Augenchirurgie, bei Hautbehandlungen aber auch zum Zertrümmern von Nieren- oder Gallensteinen. Bei harten Geweben wie Knochen nutzt man Laser erst wenig: Heute sind nur Schnitte von zwei bis drei Zentimetern Tiefe möglich – für Einsätze in der Kiefer- oder Gesichtschirurgie.
Laser nicht bei grossen Knochen-OPs: Im Jahr 2023 wurden in der Schweiz 22'000 Knieprothesen eingesetzt, Tendenz steigend. Dabei müssen die Operierenden einen Teil des Oberschenkelknochens und einen Teil des Unterschenkelknochens entfernen, um für die Prothese Platz zu schaffen. Aktuell wird das mit Sägen gemacht, denn die Schnitte müssen sieben Zentimeter und tiefer in die Knochen gehen. Das funktioniert gut und schnell, was wichtig ist - denn OP-Zeit ist teuer.
Laser könnten präziser schneiden: Auch wenn Säge, Meissel und Bohrer gut funktionierende Werkzeuge in der Knochenchirurgie sind, will man den Werkzeugkoffer erweitern. Denn ein Laser bietet einiges an Vorteilen. Erstens: kontaktfreies Schneiden. Das reduziert das Infektionsrisiko. Zweitens: Sägen ist invasiv. An der Reibungsfläche entsteht Wärme, die das Gewebe rund um die Schnittstelle zerstören kann. Sägen benötigt zudem Druck, was zu Mikro-Rissen im Knochen führen kann. Diese Effekte gibt es bei einem Laser nicht, ein Laser kann präziser schneiden, ohne Druck und ist darum schonender fürs umliegende Gewebe. Das wiederum verkürzt die Heilungszeit nach der Operation.
«Top-Hat» Laser-Form machts möglich: Das Forschungsteam fand nun heraus, wie Laser schneller und effizienter Knochen abtragen können. «Die Energie des Laserstrahls zu erhöhen, wäre keine gute Lösung. Der Knochen könnte verkohlen und schlechter heilen», erklärt Ferda Canbaz. Deshalb hat das Team die Form des Lasers geändert, beziehungsweise sein Profil. Beim üblichen Profil - dem «Gauss-Profil» - ist der Strahl in der Mitte am stärksten und wird zum Rand hin schwächer, ähnlich wie der Strahl einer Taschenlampe. Mit einem solchen Profil schlucken die Ränder des Schnitts bei zunehmender Tiefe immer mehr Energie. Nach zwei bis drei Zentimetern reicht die Energie nicht mehr aus, um tiefer zu schneiden. Beim neuen Profil - dem «Top-Hat-Profil» (Zylinderprofil) - ist die Energie des Laserstrahls gleichmässiger über die gesamte Fläche verteilt.
Rekord könnte schon bald fallen: Der neue Rekord mit 4.5 Zentimetern ist ein wichtiger Schritt: Die Forschenden wissen nun, dass das neue Laser-Profil funktioniert. Und sie haben auch schon theoretisch berechnet, was zu tun ist, damit der Laser noch tiefer, schneller und präziser wird. «Im Labor könnten wir den Rekord schon bald brechen und in eineinhalb, zwei Jahren die Tiefe erreichen, die es zum Beispiel für Knieprothesen bräuchte», sagt die Forschungsleiterin Ferda Canbaz. Sollte dies klappen, dauert es aber trotzdem seine Zeit, bis der Laser in den Operationssälen ankommt und dort Kniegelenke schneidet.
