CompagOs über 3D-gedruckte Knochenmodelle als Schlüssel zur frühzeitigen Erkennung von Knochenerkrankungen

CompagOs ist ein Unternehmen, das sich für eine bessere Knochengesundheit einsetzt. So ermöglicht es Forschern, ihre Entdeckungen in Anwendungen umzuwandeln und dadurch Patienten mit den richtigen Behandlungen zu versorgen. Im Mittelpunkt stehen die biologisch reproduzierbaren Bon3OID™-In-vitro-Knochenmodelle, die mittels 3D-Biodruck gefertigt wurden. CompagOs betont, dass durch den frühzeitigen Einsatz von Bon3OID™-DX schwerwiegende Folgen von Knochenerkrankungen wie Brüche, Operationen, Strahlentherapie und chronische Schmerzen reduziert, hinausgezögert, oder sogar verhindert werden können. Dies trägt maßgeblich zur Verbesserung der Lebensqualität der Patienten bei. Wir konnten nun mit dem Unternehmen zu sprechen und mehr über die 3D-gedruckten Knochenmodelle zu erfahren! 

3DN: Könnten Sie sich kurz vorstellen und erzählen, wie Sie zum 3D-Druck gekommen sind und wie es dann zur Gründung von CompagOs kam?

Wir sind CompagOs, ein 2023 gegründetes Spin-off der ETH Zürich. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung innovativer Lösungen für Diagnostik und Forschung im Bereich der Knochenbiologie. Herzstück unserer Technologie sind die Bon3OID™-Modelle – 3D-biogedruckte Knochenmodelle aus menschlichen Stammzellen. Die Grundlage dieser Technologie wurde an der ETH Zürich im Labor für Knochenbiomechanik unter der Leitung von Prof. Ralph Müller entwickelt. Ursprünglich war das Ziel, ein In-vitro-Modellsystem zu schaffen, das eine biologisch relevante Umgebung für die Erforschung von Knochen und Knochenkrankheiten bietet – ohne auf herkömmliche 2D-Modelle oder Tierversuche angewiesen zu sein. Ein entscheidender Durchbruch gelang, als die Modelle erstmals das Krankheitsbild der Osteogenesis Imperfecta (Glasknochenkrankheit) nachbilden konnten. Nachdem wir festgestellt haben, dass die Modelle Bon3OID™-Modelle vielseitige Anwendungsmöglichkeiten sowohl in der Forschung als auch im klinischen Bereich bieten, haben wir uns entschieden, die Technologie zu kommerzialisieren. Zahlreiche Anfragen und Gespräche mit Forschern und Klinikern aus der Knochenforschung bestätigten das große Potential, woraufhin wir CompagOs gegründet haben.

3DN: Könnten Sie uns etwas mehr über die Bon3OID™-Modelle und die angewendete Technologie erklären?

Unsere Bon3OID™-Modelle sind fortschrittliche 3D-Zellkulturen, die mehrere Zelltypen in einem kontrollierbaren System vereinen. Dabei nutzen wir menschliche Stammzellen, die in eine speziell entwickelte Bio-Tinte eingebettet und in eine Gitternetzstruktur gedruckt werden, mit einem 3D-Biodrucker. Innerhalb dieses Systems differenzieren sich die Stammzellen mit der Zeit zu Osteoblasten und Osteozyten, eingebettet in eine von den Osteoblasten produzierte mineralisierte Knochenmatrix.

Um diesen Prozess weiter zu optimieren, setzen wir auf biomechanische Stimulation – quasi ein „Fitnessprogramm“ für unsere Knochenmodelle, das ihr Wachstum und ihre Reifung fördert. Um die Bon3OID™-Modelle zu erweitern, können wir gezielt zusätzliche Zelltypen integrieren, um den natürlichen Knochenumbau noch präziser nachzubilden. Dazu gehören Osteoklasten, die wir durch die Differenzierung humaner Monozyten innerhalb unseres Systems generieren. Dadurch entsteht ein hochrelevantes, humanes Knochenmodell, das sowohl die zellulären als auch die strukturellen Eigenschaften von echtem Knochen realistisch abbildet. Darüber hinaus können wir auch Krebszellen und Immunzellen in das System einbinden, um komplexe Krankheitsprozesse besser zu verstehen und neue therapeutische Ansätze zu erforschen.

3DN: Welche Herausforderungen gibt es bei der Entwicklung der Bon3OID™-Modelle?

Die größte Herausforderung besteht darin, den Herstellungsprozess so zu standardisieren, dass unsere Modelle den strengen klinischen Qualitätsstandards entsprechen. Die Normierung biologischer Systeme ist besonders anspruchsvoll – insbesondere in Kombination mit 3D-Biodrucktechnologien. Zudem erfordert die Skalierung unseres Systems für einen breiten Markt präzise Optimierungen, um eine gleichbleibend hohe Qualität und Reproduzierbarkeit sicherzustellen.

3DN: Was sind Ihre langfristigen Ziele?

Unser Ziel ist es, eine neue diagnostische Lösung zu entwickeln, mit der Knochenkrankheiten bereits sechs bis zwölf Monate früher als mit aktuellen Methoden erkannt werden können. Während herkömmliche Verfahren vor allem auf Bildgebung basieren, setzen wir auf die Analyse von Blutproben, um knochenspezifische Krankheitsprozesse frühzeitig zu identifizieren. Der zentrale Effekt dahinter ist die spontane Umwandlung von Monozyten zu Osteoklasten innerhalb unseres Systems. Diese Reaktion fällt individuell unterschiedlich aus und bietet entscheidende Einblicke in den Knochenstatus eines Patienten. Als erste Anwendung konzentrieren wir uns auf Krebspatienten im fortgeschrittenen Stadium (Stadium 3 und 4), die ein hohes Risiko für Knochenmetastasen haben (z. B. bei Lungen-, Brust- oder Prostatakrebs).

Viele Patienten in diesen Stadien haben bereits Knochenmetastasen, die mit heutigen Diagnosemethoden nicht erfasst werden können. Unser Diagnosetool Bon3OID™-DX soll genau dieses Problem lösen. Langfristig planen wir, unsere Technologie auch auf andere Knochenerkrankungen wie Rheumatoide Arthritis und Osteoporose auszuweiten. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet für unsere Bon3OID™-Modelle ist die Forschung im akademischen und industriellen Bereich – sowohl für Wissenschaftler, die sich mit der Knochenbiologie beschäftigen, als auch für Pharma- und Biotech-Unternehmen, die neue Medikamente für Knochenerkrankungen entwickeln.

3DN: Welche Vorteile bieten die Bon3OID™-Modelle und welches war Ihr bisher spannendstes Projekt?

Als diagnostisches Tool (Bon3OID™-DX) ermöglichen unsere Modelle die frühzeitige Erkennung von Knochenerkrankungen, bevor bereits signifikanter Schaden am Knochen entstanden ist. Dadurch können Ärzte frühzeitig gezielte Maßnahmen ergreifen und die Behandlungsergebnisse für Patienten verbessern. Für Forschung und Entwicklung bieten die Bon3OID™-Modelle eine biologisch relevante Alternative zu herkömmlichen 2D- und Tiermodellen, die oft nur begrenzt auf den menschlichen Knochen übertragbar sind.

Unser spannendstes Projekt war die Entdeckung, dass Monozyten, nachdem sie sich in Osteoklasten umgewandelt haben, in unseren Bon3OID™-Modellen spezifische Frakturmuster erzeugen. Diese Muster können wir mithilfe von Mikro-CT präzise quantifizieren und analysieren. Dieser Durchbruch brachte uns auf die Idee, Bon3OID™ als personalisierte Plattform für die Früherkennung von Knochenerkrankungen zu nutzen.

3DN: Haben Sie noch abschließende Worte an unsere Leserschaft?

​​Unser Ziel ist es, mit Bon3OID™-DX bis 2030 den klinischen Markt zu erreichen. Dafür planen wir die folgenden Schritte: die Klinische Validierung von Bon3OID™-DX an Patientenproben in Zusammenarbeit mit internationalen Krankenhäusern, die Skalierung unserer Technologie (aktuell bereits im Rahmen eines Innosuisse-Projekts mit CSEM gestartet) sowie den Ausbau unserer Laborinfrastruktur, mit Fokus auf die standardisierte Produktion unserer Bon3OID™-Modelle. Um mit uns in Kontakt zu treten und mehr über unser Unternehmen zu erfahren, können Sie HIER klicken.

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*Bildnachweise: CompagOs