gms | German Medical Science

Fragestellung: Die Wahl von Stahl- oder Titanimplantaten in Orthopädie und Unfallchirurgie zeigt international große Unterschiede bei bekannten Vor- und Nachteilen beider Materialien [1]. P2000 (X13CrMnMoN18-14-3) ist ein nickelfreier, austenitischer Stahl mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und außergewöhnlicher Kombination von Festigkeit (Zugfestigkeit Rm 980-1120 MPa) und Dehnbarkeit (Bruchdehnung 55-65%), welcher biomechanisch herkömmlich eingesetztem Implantatstahl (316L) überlegen scheint und MRT-gängig ist. In dieser Studie wurde der Einsatz von P2000 Stahl in-vitro und in-vivo analysiert.

Methodik: In-vitro wurden an Implantaten aus Titan (TiAl6V4) und Stahl (316L, CoCr28Mo6, P2000) die Biokompatibilität nach DIN ISO 10993-4 und -5 untersucht. L-929 Fibroblasten und primäre humane Osteoblasten (pHOB) wurden auf den unterschiedlichen Materialien bezüglich Zellviabilität, und Cytotoxizität analysiert. Die osteoblastäre Aktivität (ALP, RUNX2) und Mineralisation (Alizarin Rot Färbung) wurden bestimmt. Es erfolgten eine Nanoindentation, scratch Testung, und eine Korrosionsbestimmung. In-vivo wurden Titan- und P2000 Zylinder im distalen medialen Femur von 36 New Zealand white rabbits mit Standzeiten von 0, 28 und 56 Tagen implantiert. Es erfolgten Röntgenaufnahmen, histomorphometrische Untersuchungen und pull-out Testungen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In-vitro lagen keine Unterschiede der Materialien bezüglich Hämokompatibilität (DIN ISO 10993-4) und Zellviabilität vor. Die Zellproliferation von pHOB auf P2000 war signifikant (p<0,05) verringert. Es zeigte sich eine signifikant (p<0,01) geringere Zytotoxizität von Fibroblasten und pHOB auf P2000 gegenüber den anderen Materialien mit korrespondierenden Ergebnissen in der DIN ISO 10993-5 Testung. Die ALP- und RUNX2 Aktivität sowie die Mineralisation waren bei pHOB auf P2000 signifikant (p<0,001) gesteigert. Die Nanoindentation zeigte eine unterschiedliche Härte von Titan (4Gpa), 316L (4Gpa), CoCrMo (7,5Gpa) und P2000 (5,6Gpa). Die Korrosionsbeständigkeit von P2000 gegenüber dem Vergleichsstahl 316L war erhöht.

In-vivo ergaben sich keine Unterschiede von Titan und P2000 bezüglich Primärstabilität (Tag 0) und Sekundärstabilität (Tag 28 und Tag 56) bei in beiden Gruppen über den Versuchsverlauf signifikant (p<0,05) zunehmenden Ausrisskräften. Histologisch fanden sich keine Osteolysen oder Fremdkörperreaktionen bei über den Versuchsverlauf signifikant (p<0,05) ansteigender Knochen-Implantat Kontaktfläche, korrespondierend zu den Ausrissversuchen.

Schlussfolgernd ist P2000 ein vielversprechender nickelfreier Stahl für orthopädisch-unfallchirurgische Anwendungen, der gute biomechanischen Eigenschaften, Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit mit einer dem Titan überlegenden Wirkung auf Osteoblasten aufzeigt.