Virtuelle Reise durch die Krebszelle für zielgenaue Chemotherapie

Virtual Reality erlaubt es Wissenschaftlern, eine Brustkrebszelle virtuell zu durchwandern, um die Zuführung von chemotherapeutisch wirksamen Medikamenten zu beobachten, die Nanopartikel als Transportmittel nutzen. Dr. John McGhee, von der University of New South Wales UNSW in Australien, hat dafür ein hochauflösendes Elektronenmikroskop eingesetzt, um danach aus den Bildern ein immersives 3D-Modell einer menschlichen Brustkrebszelle aufzubauen.

Mit VR-Headsets können die Wissenschaftler gleichsam die „Landschaft“ der Zelle mit Zellkern, Mitochrondrien und Endosomen durchwandern, um zu sehen, wie sie auf Nanopartikel reagiert. „Es ist so, als ob man auf Zwergengröße geschrumpft ist, auf eine Größe von einem 40 Milliardstel Meter“, erklärt Dr. John McGhee. Die Reise ins Zentrum der Zellen zielt darauf, den wissenschaftlichen Entdeckungsprozess durch ein verbessertes Verstehen zum Nutzen von Forschern in der Medizin, Studenten und Patienten zu beschleunigen. Eine Krebszelle in diesem Maßstab zu sehen und die Interaktionen und Prozesse, die sich da abspielen, zu beobachten, soll zu Medikamenten verhelfen, die zielgenau wirken. Erstmals wurden diese Informationen von einer realen Zelle für ein interaktives VR-Modell genutzt. Mehr als 1‘000 Schnittbilder kamen für dessen Erstellung zum Einsatz. Der erste Schritt bestand darin, aus diesen 2D-Ansichten ein dreidimensionales Modell zu erstellen. Dabei mussten einige Informationen eingebaut werden, die die Bilder nicht hergaben: Durchgänge für die verschiedenen Ansichten, Farbe, Texturen oder Beleuchtung.

Mit immersiver Technologie Vorgänge sichtbar machen

Die Wirksamkeit von Medikamenten im Rahmen einer Chemotherapie hängt von verschiedenen Faktoren wie Form, Größe und chemischer Zusammensetzung ab. Damit ein Medikament erfolgreich zugeführt werde, müsse es die Zellmembran überwinden, so Dr. McGhee. Mit der Visualisierung könne man sehen, ob das Medikament die zähe Zelloberfläche durchdringen könne oder ob der Körper automatisch den Zugang verwehre. Solche Vorgänge ließen sich auf keinen Fall in 2D verfolgen. Das Projekt soll nach Ansicht von Dr. McGhee außerdem die visuelle Sprache des wissenschaftlichen Diskurses erkunden, indem es diesen von der Abstraktion weg bewegt und das Verhältnis der Wissenschaftler zu ihren Daten stärkt. Einzutauchen in das Datenmaterial sei eine viel stärkere Erfahrung, als diese nur von außen zu betrachten.

ARC Future Fellow Dr, Angus Johnson von der Monash University, ebenfalls in der Leitung des Projekts, spezialisiert sich darauf, die Medikamente optimal ans Ziel zu bringen. In diesem Maßstab die Zelle zu sehen und die Interaktionen und Prozesse zu verfolgen, helfe dabei. Mit der immersiven Technologie könne man Dinge sehen, die man normalerweise nie sehen würde.

Als Grafikspezialist, hofft Dr. McGhee, Direktor des 3D Visualisation Aesthetics Lab der Universität, dass das Projekt Auswirkungen im Leben der Menschen hat und die Visualisierung dazu beiträgt, ein Krebsmedikament schneller auf den Markt zu bringen. 

Bild: Die Mitochondrien (orange) und die Endosomen (blau) in der virtuellen Brustkrebszelle. Photo: John McGhee