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LifeArcとVR: 医療研究者たちは、データに基づくVRでどのように医薬品設計を強化しているか

3D分子モデルをVRで作成することで、医療研究機関であるLifeArcの医薬品設計がどのように劇的に改善されたかをご覧ください。

課題

対面のディスカッションとホワイトボードを使ったセッションを通じて行われてきた従来の医薬品設計や化学者間の共同作業は、その3次元的な性質のために大きな制約に直面しています。

薬剤候補とタンパク質標的間の基本的な3D相互作用に関する知識や、設計プロセスの指針として不可欠な複雑なデータは、アイデア出しの段階では制限され、アクセスできないことが多いため、化学者は直感や記憶に頼るしかありません。

この課題に対処するため、化学者たちは長い間、3D透視図の使用を検討したり、分子モデルの物理「玩具」を利用したりしていました。また、計算化学者は、アイデアを視覚化してコンピュータースクリーン上に3Dでレンダリングするソフトウェアを開発し、関連する分子データを統合して動的モデルも生成しています。

こうした努力にもかかわらず、2Dスクリーンを使用した複雑な3D情報の伝達には依然として大きな課題が残っています。化学者にとっては、完成した分子を視覚化するのが難しいだけでなく、薬の性能に影響を与えるパラメーターを把握することも困難なのです。つまり、目的に合わないかもしれない設計の構想に貴重な時間とリソースが費やされる可能性があるということです。

LifeArcは、医薬品設計プロセスを合理化して効率を高めるために、異なる方法を採用しました。アイデア出しプロセスの最も初期の段階で3Dコンセプトとデータを理解して設計し、取り入れることをすべての科学者に奨励したのです。

LifeArcについて

ロンドンに本部を構えるLifeArcは、有望な研究を患者の生活を変える新しい検査、治療法、機器に発展させる医療研究慈善団体です。

業界

ヘルスケア、非営利団体

VRを選んだ理由

LifeArcでは、働き方を最適化しようと常に試みています。2020年のロックダウンの際は、リモートでの共同作業を改善する必要性が高まりました。VRは自然な選択でしたが、Meta Questを選んだのは次のような3つの要因によるものです。

使いやすさ – 3D設計の研究・開発にVRを導入するよう従業員に促す鍵となったのは、Meta Questの直感的な操作性でした。
処理能力 – Quest 2は、持ち運びでき、同じ環境内で複数のタンパク質構造を視覚化するのに十分なパワーを備えたはじめてのVRヘッドセットでした。
接続性 – ソフトウェアプロバイダーのNanomeは、QuestヘッドセットをLifeArcのデータインフラストラクチャや、専門家が作成したモデルとシームレスに統合しました。これにより、設計セッション中のデータのやり取りが円滑になり、より確かな情報に基づいた意思決定が可能になりました。

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Chido Mpamhanga,
Former Principal Scientist at LifeArc

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VRは、実験のやり方だけでなく、仕事そのものの本質も変えていく可能性のあるプラットフォームです。

ソリューション

LifeArcのデータ・情報学部門を率いる元計算化学者のChido Mpamhanga氏は、主任研究員であるTimur Avkiran氏と協力し、同僚たちに初めてヘッドセットを試してもらう公開セッションを開催しました。セッションは、この新しい機器を使ってどのような作業ができるかを話し合うフォーラムになりました。

そして、医薬品化学者たちはアイデア出しプロセスの初めからヘッドセットとNanomeを使い始めるようになったのです。直感的に操作できるため、設計チームは20分間のオリエンテーションを受けただけで、実体感のある分子モデルを自分たちで作成していました。

このソフトウェアと既存のインフラストラクチャと間にAPIを設置したことで、設計者は3Dで設計を描き、描いた分子に関するデータを活かしたフィードバックをリアルタイムで受け取れるようになりました。Nanomeは情報をわかりやすく表示してくれるため、計算化学者が複雑な方程式を説明する必要性が最小限になりました。

分子の構造図だけでなく、それを共有する際の臨場感も向上しました。「NanomeとVRを使えば、1人で構造図を操作しながら10人に共有できます。それをバーチャル環境内でテレポートすると、他の人が自分と同じ立場に立ち、自分とまったく同じ視点から見ることができるのです」とTimur氏は説明します。

このようなVR設計セッションでは、5～10人が集まって同時に医薬品設計に取り組みました。「いかに早くアイデアを生み出すことができるか、いかに早くそれらのアイデアを他の人と共有できるかがわかると、社員たちの関心に変化が現れました」とChido氏は述べています。

結果

VRによって、LifeArcの医薬品設計プロセスは一変しました。このテクノロジーは、化学者が分子とその標的との間の空間認識を向上させ、「より良い」医薬品を作り出すのに役立っています。

Quest ヘッドセットは少なくとも5つのプロジェクトで使用されており、その中にはタンパク質分解の研究や抗菌化合物に対抗する新しい化学物質の開発が含まれ、さらに抗がんプロジェクトでも重要な役割を果たしています。

VRを使用して以来、同社では次のようなことが実現しました。

ロンドンやリトアニアの化学者たちが一箇所に集まる
化学者が3Dで分子を設計
データモデルへのアクセスの改善
3Dデータをより迅速かつ直感的に伝達
アイデア出しの段階でより薬らしい設計を開発

ISVの紹介

Nanome

Nanomeは、分子モデルを没入型環境に展開するVRアプリです。その直感的な操作性により、LifeArcでは最小限のトレーニングをするだけで、アイデア出しのすべてのプロセス中に設計に取り組めるようになりました。

Timur氏にとって、このソフトウェアは医薬品設計プロセスと設計された医薬品の品質向上に役立つエキサイティングなプラットフォームとなりました。

「Nanomeのソフトウェアを使うと、全員が同じバーチャルルーム内にいて、同じ視点からものを見ることができるため、文字どおり互いの立場に立って考えることができます」とTimur氏は述べています。「複雑な3D構造に関する概念の伝達が非常に簡単になります」

Timur Avkiran,
Principal Scientist at LifeArc

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この2年間を費やして研究してきた対象が目の前の空間に浮かび、手を伸ばせばつかめるというのは、科学者として素晴らしい気分です。