Visualisierung einer neuen Covid-19-Therapie Amanda Manowski von Microverse Studios erklärt mit ihrer Animation die Funktionsweise eines vielversprechenden Behandlungsverfahrens.
Während der gesamten Corona-Pandemie war der Wettlauf um die Suche nach Therapiemöglichkeiten zur Behandlung der schwer kranken Covid-Patienten eine treibende Kraft in der medizinischen Forschung. Aber das mikroskopisch winzige Virus war nie ein leichtes Ziel. Mehr als zwei Jahre nach seinem Auftauchen mutiert es weiterhin.
Es ist ein schwieriger Kampf, der Öffentlichkeit die Akzeptanz nach neuen Therapien gegen einen so unbekannten Feind abzuringen. Amanda Manowski, biomedizinische Animation-Artist bei Microverse Studios, war es eine willkommene Herausforderung. So konnte sie mit Cinema 4D einem breiten Publikum zeigen, wie eine neue, von der Universität entwickelte Therapie das Virus neutralisieren könnte.
Einwicklung einer neuartigen Behandlung
Im Frühjahr 2021 entwickelten Forscher unter der Leitung von Dr. Ke Cheng an der North Carlina State University und der UNC-Chapel Hill eine neuartige und anpassungsfähige regenerative Therapie aus menschlichen Lungenzellen. Sie soll im Kampf gegen alle Varianten von Covid-19 vielversprechend sein.
Mit Modellen von Primaten (Makaken) setzten Cheng und sein Team Nanodecoys ein, die die Rezeptoren nachahmen, an die das Virus bindet, sobald sich Menschen infizieren. Die Nanodecoys sollen Sars-CoV-2 erfolgreich abfangen, bevor es Zellen infiziert und irreversible Lungenschäden verursacht.
Die Ergebnisse der Forschung wurden in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ veröffentlicht und von den National Institutes of Health und der American Heart Association unterstützt.
Dr. Cheng und sein Mitautor Dr. Jason Lobo, ein Lungenspezialist, erklären, dass die Nanodecoy-Therapie gegen aktuelle und neu auftretende Varianten des Virus wirksam bleiben könnte. Dazu ahmt sie den Rezeptor nach, an den das Virus bindet, anstatt das Virus selbst anzugreifen. Die zur Herstellung von Nanodecoys verwendeten Lungensphäroiden befinden sich bereits in aktiven klinischen Versuchen.
Informationen zugänglich machen
Cheng und die Interessengruppen der Universität baten Microverse, „ihre Botschaft mit Klarheit und Eleganz zu vermitteln.“ So schildert es Manowski, leitende Animatorin bei dem Projekt. Mit ihrem Hintergrund in den Bereichen Technik, wissenschaftliche Illustration und medizinische Visualisierung war sie der Aufgabe mehr als gewachsen. "Was mir an der medizinischen Animation am meisten Spaß macht, ist die aktive Rolle bei der Vermittlung von Informationen an ein breites Publikum sowie das Eintauchen in die neuesten Tools und Techniken, die die Animation zu bieten hat."
Microverse begann mit der Bearbeitung des Skripts und entwickelte mit Hilfe von Storyboarding ein spezifisches Look-and-Feel, um den Flow der Animation besser zu steuern. „Wir haben die Assets mit Blick auf die erforderliche Animation erstellt. Das meiste, was wir im Video sehen, wurde direkt mit Cinema 4D modelliert“, so Manowski.
Die Visualisierung der Therapie von Dr. Cheng sei nicht besonders schwierig gewesen. Trotzdem wich das Endergebnis leicht von der ursprünglichen Vision von Microverse ab. "Unsere Kunden wollten, dass wir die Tatsache vermitteln, dass die Nanodecoys künstlich hergestellt und perfekt kugelförmig sind, nicht wie die flexibleren, organischen Formen, mit denen wir anfingen", erinnert sie sich.
Obwohl es sich bei den Nanodecoys um relativ einfache Kugeln handelt, hat man sich bei der Gestaltung des Gesamtbildes viele Gedanken gemacht. "Wir haben alles berücksichtigt, von der subtilen Textur der einzelnen Phospholipide, aus denen die Membranen der Nanodecoys bestehen, bis hin zur Reaktion des Lichts auf die Membran und die ACE2-Rezeptoren, die goldenen Moleküle auf der Außenseite", schildert sie.
Entfalten des kreativen Prozesses
In Anlehnung an die Hollywood-Animationstechniken gestaltete das Microverse-Team jedes Covid-Partikel als „glänzende und beunruhigende insektenähnliche Gebilde, um sie bedrohlich aussehen zu lassen, etwas, das definitiv nicht im menschlichen Körper sein sollte", so Manowski. Der Kontrast zwischen den Covid-Partikeln und dem gesunden, rosafarbenen Gewebe der Lungenzellen und Nanodecoys verleiht dem Video eine dramatische, geheimnisvolle Note.
Der wirbelnde, lilafarbene Hintergrund bietet dem Betrachter eine angenehme Bewegungsumgebung, während der die schematischen Informationen auf dem Bildschirm aufnimmt. Außerdem hilft es dabei, die Covid-19-Animation von Microverse von den vielen anderen zu unterscheiden, die in den Abendnachrichten über die Fernsehbildschirme flimmern.
Zu den Referenzen gehörten zahlreiche wissenschaftliche Quellen – von spezifischen Molekularstrukturdaten und Mikrografien bis hin zu detaillierten Informationen über die Alveolen (die winzigen, porösen Luftsäcke in der Lunge), Nanodecoys und Moleküle im Zusammenhang mit der Therapie. "Was den Stil betrifft, so habe ich auch einige Bilder gefunden, die weitgehend abstrakt waren, um meine Materialien zu inspirieren", sagt Manowski und fügt hinzu, dass sie von Anfang an bestimmte Qualitäten von Lichteffekten und Reflektionen im Sinn hatte.
Manowski verwendete mehrere Programme, um die Geometrie für den Alveolenquerschnitt zu entwickeln: "Ich begann damit, eine Reihe von Soft Body-Kugeln mit X-Particles Dynamics zusammenzuziehen, bevor ich die resultierende Form nach ZBrush exportierte, um sie zu verschmelzen, auszuhöhlen, zu detaillieren und Kapillaren hinzuzufügen", erklärt sie.
"Zurück in C4D habe ich mehrere Zellen in den Alveolen erstellt, die sich durch den inneren Druck des sich replizierenden Virus aufblähen und zerreißen würden, und zwar mit Hilfe von X-Particles Dynamics und Pose Morph, einer meiner Lieblingsfunktionen in C4D.“
Auch Redshift spielte in jeder 3D-Szene eine Schlüsselrolle. „Zusätzlich zu den Basis-Materialien und der Beleuchtung habe ich bestimmte Effekte und AOV-Outputs über die Materialknoten erstellt, wie zum Beispiel die blinkende Spike-Protein-Szene“, schildert Manowski. „Mit den Werkzeugen von Red Giant habe ich einige Glow-Effekte hinzugefügt. Das Compositing wurde dann in After Effects durchgeführt.
Eine bunte Palette von Projekten sorgt dafür, dass ihr Job jeden Tag aufs Neue interessant ist. „Jedes Projekt, an dem ich mit Microverse Studios gearbeitet habe, war eine wilde konzeptionelle Veränderung gegenüber dem letzten. Das ist wirklich großartig. Ich liebe die Abwechslung.“
Wenn sie nicht gerade animiert und neue 3D-Techniken erforscht, verbringt Manowski Zeit mit ihrem geliebten Hund Mystery Meat und geht einer Reihe von Hobbys nach - vom Bogenschießen bis zum Möbelbau -, die so erfrischend vielfältig sind wie die Projekte, die bei Microverse auf ihren Schreibtisch kommen. "Es ist einfach so aufregend und demütigend, die Fortschritte zu sehen, die jeden Tag sowohl in der Medizin als auch in der Technologie gemacht werden", fasst sie zusammen. "Ich bin unendlich dankbar, Teil der medizinischen Animationsgemeinschaft zu sein und das zu tun, was ich jeden Tag tue."