Introduciendo la realidad virtual en el laboratorio

Elizabeth Dougherty, 18 de octubre de 2017

En la década de los 50, los científicos crearon modelos de proteínas utilizando cables y bloques para visualizar los mecanismos moleculares. Los modelos les ayudaron a comprender cómo funcionan e interactúan las proteínas con los fármacos. Más adelante, los gráficos informáticos sustituyeron a los modelos con cables, aportando mayor riqueza y precisión, aunque perdiendo dimensión.

Ahora, los investigadores de fármacos en Novartis están trabajando para incorporar de nuevo esa tercera dimensión aunque, en lugar de utilizar cables y bloques, utilizan la realidad virtual (RV), que sumerge a los usuarios en un mundo alternativo recreado digitalmente.

Viktor Hornak, investigador del departamento Global Discovery Chemistry de los Institutos Novartis de Investigación Biomédica (NIBR), está impulsando una iniciativa para adaptar las herramientas de RV para su uso en el proceso de diseño de fármacos. Junto con sus colaboradores, Viktor es consciente del potencial de la RV para ayudar a los investigadores de nuevos fármacos a mejorar con mayor celeridad la composición molecular de un nuevo fármaco, facilitando las comunicaciones entre científicos y permitiéndoles observar el mecanismo biológico con mayor claridad.

De los videojuegos a la ciencia

Hornak y sus colaboradores decidieron probar la RV en el momento en el que la tecnología se puso a disposición de los consumidores en 2016. Por unos 700 dólares, tenían todo lo necesario para empezar…con videojuegos.

Pero para la investigación farmacológica, la tecnología existente era tan interesante como un televisor inteligente sin conexión a internet. “Es tan solo el hardware,” afirma Hornak. “No hay programas disponibles para respaldar nuestra investigación.”

Por este motivo, Hornak colaboró con expertos en tecnologías de la información de Novartis para desarrollar un programa capaz de trasladar la información sobre la estructura de la proteína, la localización de cada átomo de la molécula y la forma de su mecanismo, en una perspectiva virtual en 3D. Con este programa, el equipo puede utilizar cascos de RV para introducirse en la proteína y realizar un viaje por su interior.

“Hemos dedicado mucho tiempo observando las estructuras y tratando de comprender cómo interactúan con nuestros fármacos. Con la RV, yo encarno el tamaño del fármaco y yo busco las interacciones de la proteína a mi alrededor”, afirma Hornak. “No podemos hacer algo semejante con las limitaciones de una pantalla plana de un ordenador. Una vista 3D es más natural.”

Estos paseos moleculares son útiles durante las fases iniciales del diseño de un fármaco, cuando los químicos y los biólogos necesitan intercambiar muchas ideas sobre las interacciones de una proteína con un posible fármaco de molécula pequeña. Estas conversaciones podrían ser complejas dado que los investigadores proceden de especialidades científicas diferentes y no siempre hablan el mismo lenguaje.

Con el prototipo del sistema de RV, los científicos pueden viajar juntos a través de una estructura química. Observar las mismas cosas, en el mismo momento, les ayuda a asentar más rápidamente las mejores ideas para retocar la composición química de un fármaco de forma que se acople con más facilidad en el mecanismo de la proteína y modifique con mayor efectividad el funcionamiento de la proteína, para ralentizar o detener el proceso de una enfermedad.

Reducir las opciones es importante, ya que los químicos tienen miles de moléculas para elegir al mejorar las que son candidatas a fármacos. Cuanta más información dispongan acerca del correcto encaje de una molécula pequeña o sobre cómo podría encajar mejor, mayor probabilidad tendrán de escoger una opción más segura o más efectiva para combatir una enfermedad.

“Me quedé muy sorprendido la primera vez que tuve la oportunidad de subirme a una proteína y pasearme por su interior,” afirma José Duca, Director Ejecutivo del grupo de Descubrimiento de Fármacos asistidos por ordenador en el Global Discovery Chemistry. “La RV nos permite observar estas moléculas de una forma jamás vista anteriormente. Todavía queda mucho por hacer, pero la tecnología tiene el potencial de proporcionarnos perspectivas que podrían acelerar el proceso de descubrimiento de fármacos.”

Impulsando el sector

Hornak espera que los desarrolladores de herramientas de visualización molecular se suban al tren de la RV. Solo unos pocos lo han hecho, ya que los equipos de RV son todavía nuevos y el sector está fragmentado, con más de una plataforma compitiendo por dominar el mercado, de una forma similar a la que VHS y Betamax combatieron por controlar el mercado del vídeo doméstico.

Además, pisando los talones a la RV se encuentra la RA (abreviatura de realidad aumentada), otra forma de visualización 3D. Aunque la RA no es tan envolvente como la RV, es más colaborativa, ya que los objetos virtuales aparecen dentro del entorno real del visualizador, en lugar de en un mundo virtual aislado.

Mediante el desarrollo de un prototipo de sistema de RV propio para el descubrimiento de fármacos en esta fase inicial, Hornak y sus colaboradores están en disposición de demostrar el posible valor de la RV a los desarrolladores existentes de herramientas de visualización molecular en 2D. “Preferiríamos ser líderes en el proceso y ayudar a definir el futuro, antes que esperar,” afirma.

Finalmente, la RV podría tener un alcance muy amplio, especialmente si los desarrolladores se movilizan y empiezan a diseñar aplicaciones de RV del mismo modo en el que diseñan aplicaciones para teléfonos móviles. “Se trata de una nueva forma de hacer las cosas, no tan solo en la ciencia, sino en todo tipo de interacciones,” afirma Hornak.