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LifeArc und die VR: So optimieren medizinische Forscher*innen die Medikamentenentwicklung mithilfe datengestützter VR

Entdecke, wie die Modellierung von 3D-Molekülen in VR dem Gesundheitsunternehmen LifeArc half, die Entwicklung von Medikamenten deutlich zu verbessern.

Die Herausforderung

Die traditionelle Medikamentenentwicklung und Zusammenarbeit zwischen Chemiker*innen in persönlichen Gesprächen und Whiteboard-Sessions stößt aufgrund ihrer dreidimensionalen Natur an erhebliche Grenzen.

Das Verständnis grundlegender dreidimensionaler Wechselwirkungen zwischen potenziellen Wirkstoffen und ihren Zielproteinen sowie der komplexen Daten, die für den Entwicklungsprozess entscheidend sind, ist bei der Ideenfindung häufig eingeschränkt und unzugänglich. Chemiker*innen müssen deshalb Entscheidungen oft auf der Grundlage von Intuition und Erinnerungen treffen.

Um diese Herausforderung zu meistern, nutzten Chemiker*innen bisher perspektivische 3D-Diagramme oder sogar „Spielzeug“-Modelle physikalischer Moleküle. Computerchemiker*innen haben zudem Software entwickelt, um ihre Ideen in 3D auf dem PC-Bildschirm zu visualisieren und zu rendern. Dazu wurden relevante molekulare Daten integriert, um dynamische Modelle zu erstellen.

Trotz all dieser Bemühungen bleibt die Kommunikation komplexer 3D-Informationen über 2D-Bildschirme eine große Herausforderung. Für Chemiker*innen ist es nicht nur schwer, das fertige Molekül zu visualisieren, sondern auch, die Parameter richtig zu verstehen, welche die Wirkung des Medikaments beeinflussen. Das bedeutet, dass möglicherweise wertvolle Zeit und Ressourcen für die Konzeption von Designs aufgewendet werden, die möglicherweise nicht nutzbar sind.

Um die Medikamentenentwicklung zu optimieren und effizienter zu arbeiten, hat LifeArc einen anderen Weg eingeschlagen – einen Weg, der Chemiker*innen ermutigt, so früh wie möglich bei der Ideenfindung Konzepte und Daten in 3D zu verstehen, zu entwerfen und zu berücksichtigen.

Über das Unternehmen

LifeArc mit Sitz in London ist eine gemeinnützige medizinische Forschungseinrichtung, die vielversprechende Forschungsergebnisse in neue Tests, Behandlungen und Geräte verwandelt, die das Leben vieler Patient*innen verbessern.

Branche

Gesundheitswesen, Non-Profit-Organisationen

GRÜNDE FÜR VR

Gute Gründe für VR

LifeArc strebt kontinuierlich danach, seine Workflows zu optimieren. Als sich die Welt im Jahr 2020 in den ersten COVID-Lockdown begab, wuchs das Bedürfnis nach Möglichkeiten, die Zusammenarbeit aus der Ferne zu verbessern. Es lag nahe, diese in die Virtual Reality zu verlegen; doch die Entscheidung für Meta Quest basierte auf drei Faktoren:

Benutzungsfreundlich – Die intuitive Steuerung von Meta Quest überzeugte die Mitarbeitenden, die Entwicklung ihrer 3D-Designs sowie deren Untersuchung in die VR zu verlegen.
Leistungsstark – Die Quest 2 war das erste VR-Headset, das mobil und zugleich leistungsstark genug war, um mehrere Proteinstrukturen in der gleichen Umgebung zu visualisieren.
Integrierbar – Softwareanbieter Nanome konnte die Quest-Headsets nahtlos in die Dateninfrastruktur und die von Fachkräften generierten Modelle von LifeArc integrieren. Dies ermöglichte den reibungslosen Datenaustausch während der Designphase und half dem Team, fundiertere Entscheidungen zu treffen.

Mehr dazu

Chido Mpamhanga,
Former Principal Scientist at LifeArc

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Virtual Reality wird möglicherweise nicht nur verändern, wie wir Experimente durchführen, sondern könnte auch das Wesen der Arbeit selbst revolutionieren.

Der Lösungsansatz

Der ehemalige Computerchemiker Chido Mpamhanga, der die Daten- und Informatikabteilung von LifeArc leitete, lud zusammen mit dem leitenden Wissenschaftler Timur Avkiran seine Kolleg*innen ein, das Headset in einer offenen Session erstmals auszuprobieren. Die Sessions wurden zum Forum, in dem das Team darüber diskutierte, was für Aufgaben sie mit diesen neuen Geräten durchführen könnten.

Medizinische Chemiker*innen begannen damit, gleich zu Beginn der Ideenfindung Headsets mit Nanome einzusetzen. Dank der intuitiven Steuerung konnten die Designteams nach einer 20-minütigen Einführung bereits immersive Moleküle erstellen.

Dank der APIs zwischen der Software und der bestehenden Infrastruktur konnte das Designteam seine Entwürfe in 3D zeichnen und dann in Echtzeit datengestütztes Feedback zu den Molekülen einholen. Die Notwendigkeit, komplexe Gleichungen zu erklären, wurde für die Computerchemiker*innen auf ein Minimum reduziert, weil Nanome diese Informationen auf leicht verständliche Weise präsentiert.

Nicht nur das Zeichnen, sondern auch das Weitergeben der Zeichnungen wurde zu einem Erlebnis. Timur erklärt: „Mit Nanome und der VR kann eine Person das Ruder übernehmen und dabei 10 Personen mitnehmen. All diese Personen können virtuell teleportiert werden, sodass sie dasselbe sehen und den exakt gleichen Blickwinkel haben.“

Bei diesen VR-Design-Sitzungen kamen 5–10 Personen zusammen, die zugleich an der Entwicklung eines Medikaments arbeiteten. „Plötzlich war da ein riesiges Interesse, als den Teams klar wurde, wie schnell sie neue Ideen entwickeln und anderen diese Ideen vorstellen können“, erklärt Chido.

Das Ergebnis

Virtual Reality hat die Workflows der Medikamentenentwicklung bei LifeArc verändert. Die Technologie hat dafür gesorgt, dass die Chemiker*innen mehr Wert auf räumliches Bewusstsein zwischen einzelnen Molekülen und ihren jeweiligen Zielen legen, um bessere Medikamente zu entwickeln.

Quest-Headsets wurden bei mindestens fünf Projekten eingesetzt, beispielsweise bei der Erforschung des Proteinabbaus, der Entwicklung neuer chemischer Stoffe, um antimikrobielle Verbindungen zu hemmen, sowie bei einem Projekt zur Krebsbekämpfung.

Seit der Einführung von VR konnte die Organisation:

Chemiker*innen von London bis Litauen zusammenführen
Chemiker*innen das Design von 3D-Molekülen ermöglichen
den Zugang zu Datenmodellen verbessern
3D-Daten schneller und intuitiver übermitteln
während der Ideenfindung mehr medikamentenähnliche Designs entwickeln

ISV-INFORMATIONSBLATT

Nanome

Nanome ist eine VR-App, die Modelle von Molekülen in immersive Umgebungen verwandelt. Dank seiner intuitiven Steuerung konnte LifeArc während der gesamten Ideenfindung nach minimaler Einweisung mit den Designs interagieren.

Für Timur war die Software eine spannende Plattform, die dazu beitrug, den Ablauf der Medikamentenentwicklung und die Qualität der entwickelten Medikamente zu verbessern.

„Mit der Nanome-Software steht man im selben virtuellen Raum, betrachtet Modelle aus derselben Perspektive und steckt buchstäblich in der Haut der anderen“, sagt Timur. „Die Kommunikation von Ideen rund um komplexe 3D-Strukturen wird dadurch um ein Vielfaches einfacher.“

Timur Avkiran,
Principal Scientist at LifeArc

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Für Wissenschaftler*innen ist es einfach ein tolles Gefühl, etwas, woran man vielleicht zwei Jahre lang gearbeitet hat, greifbar nah vor sich in der Luft schweben zu sehen.