Zusammenarbeit an der Entwicklung eines Medikaments gegen das Coronavirus

Bei den Novartis Institutes for BioMedical Research (NIBR) arbeiten Wissenschaftler aus aller Welt daran, Krankheiten zu eliminieren und Erkrankungen zu heilen. Das Team befasst sich im Moment mit einer der größten Herausforderungen des öffentlichen Gesundheitswesens: der Erforschung eines Medikaments gegen COVID-19 sowie gegen zukünftige Coronavirusformen, die eine weitere Pandemie auslösen könnten.

Die Entwicklung ist teuer und zeitaufwendig: Es dauert ca. zehn Jahre, bis ein Medikament auf den Markt gebracht werden kann. Wilian Cortopassi, Senior Expert I in Data Science beim NIBR Emeryville, arbeitet mit computergestützten Berechnungstools. Er will verstehen, wie Medikamentenkandidaten mit wichtigen Proteinstrukturen im menschlichen Körper interagieren.

Sein Team analysiert komplexe 3D-Moleküldaten und entwickelt überprüfbare Hypothesen – alles mit dem Ziel, die Produktivität zu steigern und wirksame Medikamente zu finden. „Um die Forschungsergebnisse zu verstehen, brauchen wir hochmoderne Tools, die für die Analyse von und Interaktion mit komplexen dreidimensionalen Objekten entwickelt wurden“, so Cortopassi.

Bisher waren Forscher in den Anfangsphasen der Arzneimittelentwicklung gezwungen, 2D-Darstellungen von 3D-Molekülen zu verwenden, und zwar sowohl bei der eigenen Arbeit als auch bei der Präsentation von Hypothesen unter Kollegen. Viele davon – zum Beispiel Medizinalchemiker und -biologen – verfügen allerdings nicht über die gleiche Expertise, wenn es um das Verständnis molekularer Strukturen geht. Forscher wie Cortopassi erstellten für gewöhnlich PowerPoint-Präsentationen, um die verschiedenen Ansichten molekularer Strukturen abzubilden, oder zeigten 3D-Proteine auf 2D-Computerbildschirmen.

Diese Praxis änderte sich 2016, als Glen Spraggon, Director of Structural Biology beim Genomics Institute of the Novartis Research Foundation (GNF) in La Jolla (einem NIBR-Forschungsinstitut), ein Oculus-Headset aufsetzte. Er probierte eine Demoversion von Nanomes VR-Software aus, mit dem seine Teammitglieder besser verstehen sollten, wie 3D-Proteinstrukturen aufgebaut sind und wo Medikamente sich binden, um Zielproteine zu aktivieren oder zu deaktivieren und eine Krankheit zu modulieren. Kurz danach begannen NIBR und Nanome ihre Zusammenarbeit, um die Lösung von Nanome weiterzuentwickeln.

Viktor Hornak, Associate Director bei NIBR Cambridge, sagt: „Durch die Fortschritte in der Strukturbiologie werden immer größere und komplexere biomolekulare Strukturen aufgelöst.

Es ist schwierig, diese 3D-Strukturen auf 2D-Bildschirmen zu analysieren. In VR können wir diese Strukturen als richtige 3D-Objekte ansehen. Die Immersion ist fantastisch! Man kann sogar in das Molekül hineingehen und es von innen betrachten. Das war mit unseren älteren 3D-Visualisierungstechnologien schlicht unmöglich. Außerdem wird in VR der ganze Raum um einen herum zum Computerbildschirm. Wir können diesen Platz nutzen, um viele verschiedene Arten von Daten im Bereich Discovery Research zu visualisieren. Das ist unglaublich hilfreich, um Muster und Beziehungen in den komplexen und informationsdichten Fällen unserer heutigen Forschung zu entdecken.“

Glen Spraggon zufolge ermöglicht VR es NIBR außerdem, mehr Ideen von verschiedenen Wissenschaftlern zu erhalten. Als er zum ersten Mal Teammitglieder zum Aufsetzen der Oculus-Headsets ermutigte, um den Nanome-Wirksamkeitsnachweis auszuprobieren, stellte er fest: „Plötzlich nahmen sie das Protein in die Hand, zogen es auseinander und sahen hinein. Und da erkannten wir, dass VR eine großartige Möglichkeit ist, passive Beobachter zu aktiven Teilnehmern zu machen, die mit dem Forschungsgegenstand interagieren.“