Usare il 3D per Rendere Più Comprensibile il Coronavirus Alcuni illustratori del settore medico descrivono il connubio tra arte & scienza nel visualizzare una minaccia globale senza precedenti.

Gli illustratori in ambito medicale dedicano le giornate a trasformare le ultime ricerche scientifiche in elementi visivi destinati al pubblico generico, agli insegnanti, ai professionisti della salute, ai produttori farmaceutici e agli scienziati. Le immagini create rendono tangibili i processi biologici più difficili da comprendere. Nel caso del coronavirus (SARS-CoV-2), che è circa 1.000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano, gli illustratori medici di tutto il mondo hanno raccolto la sfida di mostrare l’aspetto di questo virus e come colpisce il corpo umano.

Mentre i resoconti scientifici richiedono revisioni periodiche dei documenti di ricerca e analisi dei dati, gli illustratori possono permettersi delle licenze artistiche per immaginare le cose più complesse. Nicholas Woolridge, professore associato presso l'Università di Toronto in Mississauga, ha recentemente utilizzato Cinema 4D per creare animazioni e immagini 3D del virus SARS-CoV-2, che è la fonte di COVID-19. Le immagini sono libere da diritti in base al Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

Woolridge, ex direttore di lunga data del programma di Master of Science in Biomedical Communications presso l'Istituto di Scienze Mediche dell'Università di Toronto, studia lo sviluppo dei media visivi per la ricerca biomedica, l'insegnamento e l'assistenza ai pazienti. L'Università di Toronto Mississauga ospita l'unico programma in Canada per l'illustrazione medica e, in autunno, terrà corsi di laurea in modellazione organica e design cinematografico.

Attualmente in congedo di ricerca, Woolridge si è messo alla prova con progetti di visualizzazione 3D e si è interessato molto al virus. "Per mia fortuna nel giro di un mese da quando il virus è diventato comunemente noto, gli scienziati hanno scoperto alcune delle principali molecole che compongono la sua struttura" ricorda. Volendo creare qualcosa che mostrasse una maggiore complessità, ha usato i dati strutturali della proteina reale per il SARS-CoV e il SARS-CoV-2 per creare visualizzazioni interessanti e suggestive.

"La disposizione generale delle proteine è di fatto fondata su molti documenti, ma i dettagli della costituzione interna del virus sono ancora nebulosi, quindi ho fatto le mie migliori supposizioni usando ciò che è noto" spiega. Come altri illustratori medici che usano C4D, Maya e altri software 3D, Woolridge ha usato il plugin ePMV per importare gli asset dalla RCSB Protein Data Bank direttamente in Cinema 4D. "Si tratta di un virus legato alla membrana, quindi ho isolato i lipidi da un doppio strato lipidico e li ho portati in Cinema 4D come piccoli elementi isolati e ho usato gli strumenti MoGraph per replicarne decine di migliaia e creare il modello a membrana" continua.

Woolridge considerava il suo lavoro come un progetto personale, ma desiderava rendere pubbliche e gratuite per chiunque le sue animazioni e le sue illustrazioni. Così ha parlato con altri docenti e ha scoperto che anche molti studenti ed ex alunni del programma di studi volevano creare dei lavori legati ai virus. Oggi, la loro raccolta di risorse visive per i professionisti nell'ambito della scienza e della salute è disponibile alla pagina di risorse del Biomedical Communications program.

"È stato davvero interessante e commovente vedere come anche la community dell'illustrazione si sia fatta avanti in questo momento delicato e senza precedenti", afferma. "Il nostro ruolo da sempre è quello di tradurre visivamente ciò che sarebbe altrimenti molto difficile da capire, anche per quei scienziati che utilizzano l'illustrazione medica come strumento di pensiero". Ci sono così tante cose che non sappiamo e se le visualizzazioni possono aiutare le persone a porsi nuove domande o a cambiare i comportamenti, offriamo volentieri un piccolo contributo".

Il premiato studio di animazione medica MadMicrobe, che lavora principalmente con agenzie di marketing sanitario e aziende farmaceutiche, si occupa di animazioni che mostrano la progressione delle malattie o il funzionamento di particolari farmaci all'interno del corpo. Il coronavirus ha presentato un'opportunità unica per visualizzare una malattia insolita e infettiva, e in tanti si sono tuffati nel difficile compito di visualizzarlo tramite l'arte. "In TV e online si vedevano sempre le stesse immagini, mostrate più e più volte, e così abbiamo voluto spingere le cose ad un livello più cinematografico, come cerchiamo di fare sempre nel nostro lavoro", spiega Joel Dubin, co-fondatore e direttore creativo di MadMicrobe.

In collaborazione con il direttore scientifico dello studio, Veronica Falconieri Hays, che è a sua volta un illustratore medico certificato, Dubin e Andy Lefton, artista 3D di MadMicrobe, si sono avvalsi di Cinema 4D per creare due diverse visualizzazioni dell'aspetto del coronavirus. Dubin ha scelto di concentrarsi su rappresentazioni accurate delle proteine che compongono il virus e sulla sua struttura interna di RNA, utilizzando i dati della RCSB Protein Data Bank, nonché le risorse pubblicate su un doc di Google costantemente aggiornato per illustratori medici che lavorano su progetti SARS-CoV-2. "Persino utilizzando tutti questi dati è sempre presente un livello di stilizzazione perché, come artisti, ci troviamo a cavallo tra l'accuratezza e l'interpretazione artistica delle informazioni con cui lavoriamo" dice Dubin.

E' stata Veronica che ha mostrato a lui e a Lefton alcune immagini al microscopio del virus, rivelando come esso non sia esattamente rotondo e liscio come spesso viene rappresentato dai media. "La forma del virus è organica e irregolare, così ho cercato di catturare questo aspetto e far sì che le dimensioni delle protrusioni proteiche esterne fossero almeno un po' più precise. Non sono nemmeno distanziate in modo uniforme ad esempio", racconta Dubin. Dopo essere partita da una sfera in C4D, ha importato una protrusione esterna dal database delle proteine usando ePMV e l'ha clonata sulla superficie del virus con degli effettuatori casuali. "Per ottenere l'aspetto della superficie desiderato, ho usato una bella funzione in Arnold che mi ha permesso di usare un oggetto Matrice di MoGraph per posizionare un punto di vertice su ogni poligono del modello e poi generare sfere di fosfolipidi al momento del rendering. Le sfere erano sfalsate in scala, posizione e colorazione per un tocco di irregolarità in più".

Lefton ha adottato un approccio più stilizzato alla sua illustrazione del coronavirus, iniziando con una sfera in Cinema 4D e utilizzando le scie di X-Particle per creare una crescita esterna prima di utilizzare un mesher spline per unire le due cose. "Molti dettagli provengono da Hair di Redshift, grazie ai quali ho spezzato la superficie creando un effetto a membrana" spiega. Renderizzata in Redshift e colorata in After Effects e Photoshop, Lefton descrive la sua visualizzazione come un "labor of love" e una diversa interpretazione del virus.

"Stilisticamente, il virus appare caotico e ho voluto rappresentare quest'aspetto", dice, aggiungendo che ha volutamente visualizzato il virus in un modo che ne catturasse il feeling inquietante e la sua presenza minacciosa, mantenendo un'effetto cinematic. "Lavorare con Veronica mi ha aiutato immensamente con lo studio del virus, per capire il ruolo e le proporzioni di ogni elemento coinvolto", continua.

Sebbene sia spesso consulente scientifico per altri illustratori medici, Veronica è anche la titolare di Falconieri Visuals, uno studio di illustrazione e animazione scientifica e medica con sede nel Maryland. Utilizza Cinema 4D per visualizzare casi microscopici e in scala nanometrica per clienti nel campo della ricerca, della biotecnologia e della farmaceutica. Le sue competenze sono davvero uniche perché dopo aver conseguito la laurea in illustrazione medica, ha lavorato in un laboratorio di ricerca dove si studiano le forme tridimensionali delle molecole. "Lì ho acquisito una conoscenza scientifica più profonda che mi aiuta veramente a colmare eventuali lacune quando cerco di visualizzare qualcosa nel mio lavoro o aiutare gli altri" spiega.

Recentemente, ha lavorato con i colleghi dell'Association of Medical Illustrators alla ricerca e alla visualizzazione dei vari aspetti del coronavirus (SARS-CoV-2) per gli operatori sanitari e per il pubblico. A marzo ha finito di lavorare alla propria illustrazione sulle protrusioni di proteine presenti sulla superficie esterna del virus, per aiutare a chiarire come il virus attacca e contagia le persone. La protrusione, spiega, presenta alcune differenze tra questo e altri virus legati alla SARS, e ciò potrebbe contribuire a spiegare la sua diffusione.

Da quando ha condiviso la sua illustrazione su Twitter, Veronica ha ricevuto molti feedback positivi da colleghi e scienziati, inclusi alcuni messaggi personali. "Anche alcuni scienziati mi hanno scritto per farmi sapere che il mio lavoro è stato utile, e questo è stato davvero gratificante per me" conclude.