3Dを使ってコロナウイルスの理解を助ける メディカルイラストレーターは、前例のない世界的な脅威を視覚化するために、アートや科学をどのように活用しているのかを解説。

メディカルイラストレーターは、一般の人や教師、医療関係者、製薬会社、科学者まで、さまざまな人々のために最新の研究をビジュアルとして翻訳することに日々を費やしています。彼らが作成する画像は、理解するのが難しい生物学的プロセスをより具体的なものにしてくれます。髪の毛の幅より約1000分の1の大きさのコロナウイルス（SARS-CoV-2）の場合、世界中のメディカルイラストレーターが、ウイルスがどのように見え、どのように人体に影響を与えるのかを表現することに挑戦しています。

メディカルイラストレーターは、日常的に研究論文に目を通したり、データを分析したりする必要がありますが、このような複雑なものを視覚化するために、かなりの量の芸術的なライセンスに頼っています。トロント大学ミシサガ校のニコラス・ウールリッジ准教授は最近、Cinema 4Dを使って、COVID-19の原因となるSARS-CoV-2ウイルスの3Dアニメーションと静止画を作成しました。どちらもCreative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International Licenseのもとで自由に使用することができます。

Woolridgeは、トロント大学医学研究所の生物医学コミュニケーション科学修士プログラムの元ディレクターで、生物医学研究、教育、患者支援のためのビジュアルメディアの開発を長年研究しています。トロント大学ミシソーガ校は、カナダで唯一のメディカルイラストレーションのプログラムの本拠地であり、秋には有機モデリングとシネマティックデザインの大学院コースを教える予定です。

現在は研究休暇中で、3D可視化プロジェクトに挑戦していた彼は、ウイルスに強い関心と好奇心を抱いていました。「ウイルスが一般に知られるようになってから1ヶ月も経たないうちに、ウイルスの構造を構成する主要な分子の一部が解明されていたのは嬉しかったですね」と彼は振り返ります。より複雑な構造を示すものを作成したいと考え、SARS-CoVとSARS-CoV-2の実際のタンパク質構造データを使用して、興味深く魅力的な可視化を行いました。

「タンパク質の全体的な配置はすべて論文に基づいていましたが、ウイルスの内部のパッキングの詳細はまだ曖昧なので、既知のものを使って最善の推測をしました」と説明しています。C4DやMayaなどの3Dソフトウェアを使用する他のメディカルイラストレーターと同様に、WoolridgeはePMVプラグインを使用して、RCSB Protein Data Bankのアセットを直接Cinema 4Dにインポートしました。「これは膜に結合したウイルスなので、脂質二重膜から脂質を分離し、それを小さな個々の要素としてCinema 4Dに取り込み、MoGraphの機能を使用して何万もの脂質を複製して膜モデルを作成しました」とWoolridgeは続けます。

Woolridgeは自分の作品を個人的なプロジェクトと考えることもできましたが、アニメーションやイラストを公開し、誰でも自由に使えるようにしたいと考えていました。そこで彼は他の教授陣に相談したところ、プログラムの学生や卒業生の多くもウイルス関連の作品を作りたいと考えていることがわかりました。今日では、科学と医療の専門家のためのビジュアル・リソースのコレクションは、バイオメディカル・コミュニケーション・プログラムのメディア・リソース・ページで利用できるようになっています。

「この前代未聞の瞬間にイラストレーションのコミュニティがステップアップしていくのを見るのは、本当に興味深く、心温まるものでした。私たちの役割は、メディカルイラストを思考ツールとして使用している科学者にとっても、そうでなければ非常に理解しにくいことを翻訳することです。私たちが知らないことはたくさんありますし、ビジュアライゼーションが人々に新しい質問を投げかけたり、行動を変えたりするのに役立つのであれば、私たちは小さな貢献をしていることになります」

数々の賞を受賞しているメディカル・アニメーション・スタジオ MadMicrobe は、主にヘルスケア・マーケティング機関や製薬会社と共同で、病気がどのように進行していくのか、あるいは特定の薬が体内でどのように作用するのかを示すアニメーションを制作しています。しかし、コロナウイルスという珍しい感染症をビジュアル化する絶好の機会を得たことをきっかけに、彼らはそれをどうやって芸術的に表現するかという課題に取り組みました。「テレビやオンラインでは同じビジュアルが何度も何度も紹介されていたので、私たちのすべての作品で試みているように、より映画的な領域へと押し上げたいと思いました」と、MadMicrobe の共同設立者でクリエイティブディレクターの Joel Dubin は言います。

スタジオのサイエンスディレクターであり、メディカルイラストレーターの資格を持つVeronica Falconieri Haysと相談の上、DubinとMadMicrobe社のリード3DアーティストであるAndy Leftonは、Cinema 4Dを使用して、コロナウイルスがどのように見えるかを2つの異なるビジュアルで表現しました。「RCSB Protein Data Bankのデータや、SARS-CoV-2プロジェクトに取り組むメディカルイラストレーターのためのGoogleドキュメントに掲載されているリソースを使用して、ウイルスを構成するタンパク質とRNAの内部構造を正確に表現することに重点を置きました。これらのデータをすべて使用していても、スタイル化のレベルがあります」（Dubin談）

彼とLeftonにウイルスの顕微鏡画像を見せたのはFalconieri Haysで、メディアでよく描かれているような丸くて滑らかなウイルスではないことが明らかになりました。「ウイルスの形は非常に有機的で不規則なので、それを捉えて、スパイクタンパク質の大きさを少なくともある程度正確なものにしようとしました」とDubinは語ります。C4Dで球体を作成した後、彼はePMVを使ってタンパク質データベースからスパイクタンパク質をインポートし、ランダムエフェクターを使ってウイルスの表面にクローンを作成しました。「アーノルドの素晴らしい機能を使って、モデルの各ポリゴン上に頂点を配置し、レンダリング時にリン脂質の球体を生成するために、MoGraphマトリックスオブジェクトを使用することができました。球体は、不規則性の追加のタッチのために、スケール、位置、色付けでオフセットされていました」

Leftonは、Cinema 4Dで球体を作成し、ｓpline mesherを使用して2つのイラストを作成する前に、X-Particle trailsを使用して球体から成長させました。「"ディテールの多くはRedshiftのヘアから来ていて、それを使って表面を崩して膜のような感じにしました」Leftonは、Redshiftでレンダリングし、After EffectsとPhotoshopでカラーグレーディングされたこのビジュアライゼーションを、「愛の労力」であり、ウイルスの別の解釈であると表現しています。

「スタイル的には、ウイルスは混沌とした感じがするので、それを描きたかったんです」と彼は言い、映画のような雰囲気を保ちながら、ウイルスの不吉な感じと威嚇的な存在感を捕らえる方法で意図的にビジュアル化したと付け加えました。「Veronicaと一緒に仕事をすることで、ウイルスの科学や、関係する各要素の役割や割合を理解するのに非常に役立ちました」と彼は続けます。

彼女は、他のメディカルイラストレーターのための科学コンサルタントとして活動することも多いですが、メリーランド州にある科学・医療イラストレーションおよびアニメーションスタジオFalconieri Visualsの代表でもあります。彼女はCinema 4Dを使用して、研究、バイオテクノロジー、製薬業界のクライアントのためにミクロやナノスケールのストーリーを視覚化しています。メディカルイラストレーションの学位を取得した後、分子の3D形状を研究する研究室で働いていたため、彼女のスキルセットは特にユニークなものとなっています。「そこでより深い科学的知識を得たので、自分の仕事で何かを視覚化したり、他の人を助けたりするときに、そのギャップを埋めるのにとても役立ちます」と彼女は説明しています。

最近では、コロナウイルス（SARS-CoV-2）を医療関係者や一般の人々に向けて研究し、可視化するために、メディカル・イラストレーター協会の仲間と協力しています。3月には、ウイルスがどのようにして感染するかを明確にするために、ウイルスの外側にあるスパイクタンパク質のイラストを描き終えました。このスパイクには、このウイルスと他のSARS関連ウイルスとの間にいくつかの違いがあり、それがウイルスの感染拡大の説明に役立つと彼女は説明しています。

Twitterでイラストを公開して以来、彼女は同僚や科学者から個人的なメッセージも含めて多くの肯定的なフィードバックを受けています。「役に立ったとメッセージをくれた科学者もいて、とても満足しています」と彼女は言います。