仮想現実ヘッドセットはまだ普及していませんが、映画やビデオゲームなどのエンターテイメントの見方、世界の見方、さらには科学の取り組み方など、私たちの生活の多くの側面に革命を起こす可能性をすでに秘めています。
現在、ニューヨーク市にあるワイル・コーネル・メディシンの研究者たちは、がんを引き起こす遺伝子変異の理解を深めるために、この技術を活用し始めています。彼らは、Oculus Rift VRヘッドセット向けに、ユーザーが微細なタンパク質の3Dモデルを視覚的に確認し、操作できる新しいプログラムを開発しました。「IPM VR」（Institute of Precision Medicine VR）と呼ばれるこのプログラムは、研究者が人のDNAのどこでどのように変異してがんを引き起こしたかをより簡単に特定できるようにすることを目指しています。彼らの目標は、全国の医師が遺伝子変異をより深く理解し、がんを阻止するための最適な治療法を迅速に見つけられるように支援することです。
ポピュラーサイエンス誌の私たち数名は最近、IPM VRを実際に試用する機会に恵まれ、開発者からプログラムについて詳しく学ぶことができました。そこで、私たちが発見したことをご紹介します。
なぜタンパク質に注目する必要があるのでしょうか?
IPM VRががんと闘う上でどのような価値を持つのかを理解するには、まず体内でがんがどのように形成されるのかを知る必要があります。そのすべてはDNAに遡ります。DNAとは、あなたの体、そして地球上のあらゆる生物の体がタンパク質を合成するための設計図です。
誰もがDNAに何らかの変異を持っています。遺伝的なものもあれば、喫煙や日光といった環境要因によって後天的に生じるものもあり、また、単に新しい細胞が自然発生的に形成されるものもあります。これらのほとんどは良性ですが、変異の組み合わせが悪ければ、特定の臓器や部位の細胞が制御不能に増殖し、最終的には体の正常な機能を阻害することがあります。この暴走する増殖プロセスこそが、様々な形態の癌なのです。
腫瘍には通常、約1000個の遺伝子変異が含まれますが、がんの増殖と全身への転移を促すのはほんの一握りです。特定のがんの原因となる変異を突き止めることは、遺伝子的に干し草の山から針を探すようなものです。しかし、医師がそれを実行できれば、特定の変異を持つ細胞だけを標的とし、健康な細胞は機能し続けることができます。これは、患者にとって全体的な転帰の改善につながります。これがプレシジョン・メディシン（精密医療）の分野です。
遺伝子変異は、DNAに刻まれた遺伝情報から作られた体の分子構成要素であるタンパク質を観察することによってのみ明らかになると、コーネル大学ワイル・マイヤーがんセンターの精密医療専門家であるオリヴィエ・エレメント氏は語る。「DNAレベルの変異自体は何の影響も及ぼしません。遺伝子が転写され、タンパク質に合成されて初めて、変異が発現し、その機能が重要になるのです」とエレメント氏は言う。
タンパク質は三次元構造ですが、紙の上では平面的に描かれることが多いです。臨床医がタンパク質を三次元で見なければ、変異の役割を完全に理解することはできないとエレメント氏は言います。臨床医が新たな変異ががんを引き起こしている可能性があるかどうかを判断する際、その変異がホットスポットに近いかどうかを確認します。ホットスポットとは、遺伝子変異が集中している場所で、同じ種類のがんを持つ他の患者にもその変異が共通して見られることを示しています。
「タンパク質の1次元表現では、変異がホットスポットに位置することは当然のことです。重要なことなのです」とエレメント氏は言う。しかし、タンパク質は折り畳まれるため、2次元表現では遠く離れているように見える変異が、3次元タンパク質では実際にはホットスポットのすぐ近くに位置している可能性がある。
小さな違いのように聞こえるかもしれませんが、患者にとっては非常に大きな意味を持つ可能性があります。臨床医は、この変異ががんを引き起こしている可能性があることを知ることができ、その知識は、それを標的とする薬剤の選択に役立つ可能性があります。この情報は、患者の生死を分ける可能性があると言っても過言ではありません。
仮想現実を利用して癌を引き起こす変異を探す
コーネル大学の科学者たちは、Oculus Rift VR ヘッドセットとゲーム ソフトウェアの初期開発バージョンを使用して IPM VR を開発し、研究者や臨床医に患者固有の遺伝子変異を没入型の方法で探索できるようにしました。
Oculus Rift VRヘッドセットには、ユーザーの視線方向を検知するモーションセンサーが搭載されています。IPM VRでは、ヘッドセットに付属していない外部カメラもいくつか搭載されており、体や手の動きをさらに追跡します。
研究者が患者の腫瘍のすべての遺伝子の配列を決定した後、ソフトウェアはすべての変異を特定のタンパク質に投影します。研究者は、そのタンパク質の形状を、3D タンパク質形状のデジタル アーカイブであるタンパク質データ バンクからダウンロードしました。
ヘッドセットを装着した臨床医は、手や腕のジェスチャーでシミュレーションされたタンパク質内を移動しながら、変異ホットスポットのみ、または問題の変異のみを表示するように視野を切り替えることができます。さらに詳しい情報を得るには、患者に関する2次元の「文書」（がんの種類に関する報告書や、電子カルテから患者の病歴など）を表示することができます。
短時間使ってみたところ、操作性は実に素晴らしいソフトウェアでした。Oculus VRヘッドセットを使うのは初めてで、タンパク質の中を移動するのにぎこちなく苦労しましたが、VR経験豊富な同僚のDave Gershgornははるかに早く慣れ、変異ホットスポットまで楽々と移動しました。私たちの体験は、この記事の下部にある動画でご覧いただけます。
私の無能さが示すように、臨床医がIPM VR、そしてより広範にはOculus Riftヘッドセットに慣れるには、もう少し時間がかかるだろう。ワイル・コーネル・メディシンの計算生物医学研究員であるアレクサンドロス・シガラス氏は、このソフトウェアの研究者たちは、臨床医のニーズに最も適したものを見つけるために、これらの機能のいくつかをまだ調整中だと語る。全米各地で多くの研究者がプレシジョン・メディシンのさまざまな側面に取り組んでいるが、シガラス氏とElementoは、患者情報を仮想現実に統合できるのは自分たちの製品だけだと考えている。
VRは医療に革命をもたらす可能性がある
シガラス氏によると、このツールは現在主に研究用だが、コーネル大学の研究チームは、近いうちに全国の臨床医に利用されるようになることを期待している。「Oculusを使う目的は、すべてのコンピューターを置き換えることではなく、そうでなければ入手が非常に困難な情報を強化することです」とシガラス氏は言う。
彼は、遺伝子変異やタンパク質の形状に関する複雑な情報を、臨床医が即座に直感的に理解できるようにすることを目指しています。臨床医は、コンピューター上で別のソフトウェアの使い方を学ぶ必要がなくなります。さらに、臨床医はよりシームレスな連携が可能になります。異なる分野の専門家がそれぞれ自分のヘッドセットを使って同じ情報を確認し、特定の症例について議論できるようになるのです。
シガラス氏は理想的には、ソフトウェアに患者の情報がすべて含まれ、臨床医がコンピューターによる煩わしさや技術的な要件なしに分析できるようになることを望んでいる。これは特に精密医療において重要であり、膨大な遺伝子データや健康データが、患者に最適な治療法を模索する医師にとって容易に圧倒してしまう可能性がある。
もちろん、ほとんどの医師はまだVRヘッドセットを所有していません。しかし、シガラス氏、エレメント氏、そして彼らのチームは、これらのプラットフォームがまもなく普及すると強く信じています。「これらのOculusデバイスは、すぐに民主化されるでしょう」とエレメント氏は言います。
最近発表されたOculus Riftのコンシューマー版は599ドルで、さらに動作に必要な高性能グラフィックPCも別途必要となるが、それでも他の医療機器と比べればそれほど高価ではないと彼は言う。彼をはじめとする関係者は、VR分野への参入企業が増えるにつれて、価格も確実に下がると考えている（ただし、HTCが近日発売予定のVive Pre VRヘッドセットは実際には699ドルと、やや高価だ）。
「5年後、いや10年後には、すべての臨床医がこれを1台ずつ持つようになるでしょう」とエレメント氏は付け加える。彼は、自身のチームのソフトウェアが、医師にとってバーチャルリアリティを魅力的なものにする先駆者となることを期待している。
しかし、そこに到達するには、プレシジョン・メディシン・ソフトウェアが臨床医に明確なメリットを提供する必要があるとシガラス氏は言う。医師が仮想現実でどのような情報を見たいのか、そしてコンピューターや紙媒体でどのような情報を見たいのか、まだ解明の途上にあるのだ。
Oculus Rift VRヘッドセットは、このチームにとって単なる手段に過ぎず、プラットフォームにあまり依存していないようです。Sigaras氏は、Google Glassなどの他の仮想現実（VR）および拡張現実（AR）プラットフォーム、さらにはGoogle Cardboardのようなスマートフォン対応VRヘッドセットでも同様のソフトウェアをテストしています。また、Microsoft HoloLensを入手し、AR（拡張現実）でも自身のソフトウェアを試用しようとしています。
結局のところ、シガラス氏とエレメントが最も重視しているのは、より多くの情報を臨床医により迅速かつ直感的に提供することです。「真の問題は、どうすれば臨床医の生産性を向上させるかということです」とシガラス氏は言います。「私たちは、臨床医が膨大な量の情報をより速いペースで処理できるようにしたいと考えています。」がんとの闘いは多くの場合、時間との闘いであるとシガラス氏は付け加えます。そして、バーチャルリアリティツールが医師に適切な治療法をより迅速に見つける上で有利な条件を与えることができれば、患者もその恩恵を受けるでしょう。
