Immergersi nel mondo delle molecole
Una nuova tecnologia in classe: gli studenti entrano in una "realtà mista" e imparano un principio fondamentale delle proteine con gli occhiali HoloLens.
Quello che dall'esterno sembra un futuristico esercizio di meditazione fa in realtà parte del corso di "Computer-Assisted Drug Design" tenuto da Gisbert Schneider, professore dell'omonimo settore. In questo caso, però, la realtà ha due componenti, perché gli occhiali indossati dagli studenti trasmettono la cosiddetta realtà mista.
Chiunque guardi attraverso gli HoloLens, come vengono chiamati gli occhiali di Microsoft, non solo vede normalmente i mobili e le persone nella stanza, ma anche un ologramma nella stanza stessa. In questo caso, l'oggetto virtuale è una proteina, che gli studenti possono percorrere, esplorare e persino attraversare.
Uso dell'HoloLens nello stage
Gli occhiali vengono utilizzati in uno stage a blocchi di due settimane in cui gli studenti partecipano all'intero ciclo di sviluppo di una sostanza farmacologica in forma sintetica. Nella prima settimana, la teoria è all'ordine del giorno: "Tra le altre cose, gli studenti imparano a vagliare un catalogo di milioni di molecole per identificare quelle che possono interagire con una specifica proteina in base alla loro forma e funzione", spiega Schneider. Alla fine della prima settimana, gli studenti vengono divisi in piccoli gruppi. Ogni gruppo è ora un'azienda virtuale che deve sviluppare un inibitore per una proteina.
Gli studenti fanno prima uno screening personale e devono scegliere una o due delle molecole trovate. Nella seconda settimana, vanno in laboratorio. Sintetizzano la molecola e ne testano l'attività. Alla fine della settimana, devono venderla come azienda.
Comprendere la struttura della proteina
"Per trovare una molecola adatta, gli studenti devono avere un'idea della superficie della proteina, in particolare delle sue rientranze in cui la molecola potrebbe inserirsi", spiega il responsabile del corso Jan Hiss. Sviluppare questa idea non è semplice. La superficie di una proteina è definita dalla posizione degli atomi che la compongono. I singoli atomi hanno un raggio di Van der Waals, specifico per ogni atomo. Questi raggi danno luogo a un modello sferico della proteina. "Se si sposta una molecola d'acqua su questo modello sferico della proteina, ad esempio, si crea una nuova superficie. La sua forma dipende da dove finisce la molecola d'acqua", spiega Hiss, illustrando il principio della cosiddetta superficie "accessibile al solvente". Utilizza l'HoloLens per illustrare questo principio dopo aver insegnato agli studenti la teoria che lo sottende.
"Con gli HoloLens, gli studenti possono immergersi virtualmente nella proteina come una molecola d'acqua", spiega Hiss, descrivendo l'esperienza. Possono non solo guardare la proteina, ma anche creare la superficie "accessibile al solvente" muovendo la molecola d'acqua come una sonda virtuale sulla superficie della proteina. In questo modo gli studenti possono capire perché non riescono a raggiungere alcune parti della proteina.
Altre possibili applicazioni
Questo progetto didattico innovativo è nato da un invito a presentare proposte per l'uso delle HoloLenses nell'insegnamento da parte del Dipartimento Sviluppo e tecnologie dell'insegnamento (LET) dell'ETH di Zurigo. Grazie a una donazione dell'ETH Adrian Weiss, il LET ha potuto acquistare dodici di questi occhiali, che attualmente vanno a ruba non solo nell'industria dell'intrattenimento, ma anche nell'economia.
Poiché la tecnologia è ancora nuovissima e le applicazioni sono ancora in fase di sperimentazione, la società Afca si è offerta di sviluppare una prima applicazione a scopo didattico. L'idea presentata da Hiss ha convinto il LET e così Afca ha sviluppato l'applicazione, che è stata chiamata Molegram, sulla base delle sue idee.
Con Molegram, l'Organizzazione accademica dell'ETH ha fatto il primo passo nel mondo della realtà mista. Ne seguiranno altri. In un secondo progetto, gli studenti di geomatica hanno programmato le proprie applicazioni per gli HoloLens. Il LET ha già lanciato un nuovo appello per la presentazione di progetti.