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LifeArc과 VR: 의학 연구자들이 데이터 기반 VR로 신약 설계 프로세스를 개선하는 방법

LifeArc의 의학 연구원들이 VR로 3D 분자 모델을 설계하여 신약 설계 프로세스를 대폭 혁신한 사례를 살펴보세요.

당면 과제

화학자들이 대면 토론과 화이트보드 세션을 통해 진행하는 기존의 신약 설계 및 협업 방식에는 3차원의 특성으로 인해 큰 어려움이 있습니다.

후보 약물과 분자 타겟 간의 기본적인 3D 상호 작용에 대한 이해와 설계 프로세스의 방향을 잡는 데 중요한 복잡한 데이터는 아이디어 단계에서부터 난관에 봉착하게 되기 때문에 화학자들은 직관과 기억력에 의존해야 합니다.

화학자들은 이 문제를 해결하기 위해 지금까지 오랜 기간 3D 관점의 다이어그램을 사용하는 방식을 모색하거나 때로는 분자 구조의 '장난감' 모델을 사용하기도 했습니다. 연산 화학자들은 컴퓨터 화면에서 아이디어를 3D로 시각화하고 렌더링하기 위해 관련 분자 데이터를 통합하여 동적인 모델을 생성하는 소프트웨어를 개발하기도 했습니다.

이러한 노력에도 불구하고 2D 화면을 사용하여 3D 정보를 구현하는 데는 한계가 있었습니다. 화학자들이 완성된 분자를 시각화하기가 어려울 뿐 아니라, 약물 효력에 영향을 주는 매개변수를 파악하는 것도 까다로웠죠. 설계를 개념화하는 데 귀중한 시간과 리소스를 투입해도 용도에 맞지 않는 디자인이 도출되기 일쑤였습니다.

LifeArc는 신약 설계 프로세스를 간소화하고 효율을 높이기 위해 다른 방법을 택했습니다. 모든 연구원들이 아이디어 프로세스의 초기부터 3D 컨셉과 데이터를 이해하고, 설계하고, 적용할 수 있는 방법이었죠.

회사 소개

런던에 본사를 둔 LifeArc는 유망한 연구를 환자들의 삶을 바꾸는 새로운 테스트, 치료법 및 기기로 구현하는 의학 연구 자선 단체입니다.

업종

헬스케어, 비영리 단체

VR을 사용해야 하는 이유

LifeArc는 업무 방식을 최적화할 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다. 2020년에 봉쇄 조치가 내려지자 LifeArc는 원격 협업을 효과적으로 지원할 방법이 필요했습니다. 자연스레 VR을 도입하기로 했는데, Meta Quest를 도입하기로 한 결정은 다음과 같은 세 가지 요인에 기반했습니다.

사용 편의성 - 직원들이 VR을 사용하여 3D 디자인을 개발하고 살펴보도록 유도하는 데 있어 Meta Quest의 직관적인 제어가 중요한 요인으로 작용했습니다.
처리 능력 - Quest 2는 하나의 환경에서 복수의 단백질 구조를 시각화할 수 있을 만큼 강력하고 휴대성이 뛰어난 최초의 VR 헤드셋이었습니다.
호환성 - 소프트웨어 제공업체 Nanome는 Quest 헤드셋에 LifeArc의 데이터 인프라와 전문가들이 생성한 모델을 매끄럽게 통합했으며, 이에 따라 디자인 세션에서 데이터가 차질없이 교환되었고 보다 정보에 입각한 의사결정을 내릴 수 있었습니다.

더 알아보기

Chido Mpamhanga,
Former Principal Scientist at LifeArc

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VR은 실험을 진행하는 방식뿐 아니라 작업 자체의 성격을 바꾸어줄 플랫폼이에요.

솔루션

LifeArc의 데이터 및 인포매틱스 팀을 이끌었던 전직 연산 화학자 치도 음파망가(Chido Mpamhanga)는 수석 과학자 티무르 아브키란(Timur Avkiran)과 함께 동료들이 처음으로 헤드셋을 사용해 볼 수 있는 열린 세션을 마련했습니다. 이 세션은 사람들이 새로운 장비를 사용하여 어떤 유형의 작업을 처리할 수 있을지 이야기를 나누는 토론의 장이 되었습니다.

의료 화학자들은 아이디어 프로세스의 초반부터 헤드셋으로 Nanome를 사용하기 시작했습니다. 직관적인 제어 덕분에 20분간의 오리엔테이션을 마친 직후부터 디자인 팀들이 몰입형 분자 모델을 설계할 수 있었습니다.

디자이너들은 소프트웨어와 기존 인프라 사이의 API를 사용하여 디자인을 3D로 구현하고 분자 모델에 대한 데이터 기반 피드백을 실시간으로 받아볼 수 있었습니다. Nanome는 쉽게 이해할 수 있는 방식으로 정보를 보여주었기 때문에 연산 화학자들이 복잡한 방정식을 설명해야 할 필요도 줄어들었죠.

디자인 구현뿐 아니라 공유 방법도 몰입식으로 바뀌었습니다. 티무르는 이렇게 설명합니다. "Nanome와 VR을 사용하면 한 명이 조작하고 다른 10명과 함께 디자인을 볼 수 있어요. 사람들을 가상으로 텔레포트시켜서 나와 똑같은 자리에서 똑같은 시점으로 보도록 할 수 있죠."

이러한 VR 디자인 세션에서는 5~10명의 사람들이 신약 설계에 동시에 참여할 수 있었습니다. "사람들은 아이디어를 구현하고 새로운 아이디어를 도출하며 다른 사람에게 이를 공유하는 프로세스가 얼마나 빨리 진행될 수 있는지 알게 되자 관심이 크게 높아졌어요." 치도가 전합니다.

결과

VR은 LifeArc의 신약 설계 프로세스를 혁신했습니다. 이 기술은 화학자들이 분자와 타겟 사이의 공간을 효과적으로 인지하여 '더 나은' 약물을 개발하도록 도와주었습니다.

Quest 헤드셋은 단백질 분해 분석, 항균화합물 내성 화학 물질 개발을 비롯한 최소 5가지 프로젝트에 사용되었으며, 암 퇴치 프로젝트에서도 중요한 역할을 수행했습니다.

LifeArc는 VR을 도입한 후 다음과 같은 결과를 볼 수 있었습니다.

런던에서 리투아니아에까지 이르는 각 지역의 화학자들을 한곳에 모으기
화학자들이 3D로 분자를 설계하도록 지원
데이터 모델에 대한 액세스 개선
더 빠르고 직관적으로 3D 데이터 전달
아이디어 단계에서 더 많은 신약 설계 개발

ISV 팩트 파일

Nanome

Nanome는 분자 모델을 몰입형 환경으로 만들어주는 VR 앱입니다. LifeArc는 Nanome의 직관적인 제어 덕분에 최소한의 교육으로 아이디어 단계에서 디자인을 간편하게 사용할 수 있었습니다.

티무르에게 이 소프트웨어는 신약 설계 프로세스와 신약의 품질을 개선하도록 도와주는 유용한 플랫폼이었습니다.

"Nanome 소프트웨어에서는 모두가 같은 가상 룸에서 동일한 시점으로 분자 구조를 볼 수 있어요." 티무르가 전합니다. "복잡한 3D 구조를 보며 서로의 아이디어를 교환하기가 한결 수월해지죠."

Timur Avkiran,
Principal Scientist at LifeArc

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과학자로서 지난 2년간 연구한 결과물이 눈앞에 떠다니며 손을 뻗어서 만질 수 있는 구체물로 구현된 걸 본다는 건 정말 기분 좋은 일이죠.