By Kenna Hughes-Castleberry offentliggjort 06. oktober 2022
med over $ 1.42 billioner i omsætning i hele USA, præsenterer medicinalindustrien mange lukrative muligheder for kvantecomputervirksomheder. Fordi lægemiddeldesign og skabelse af nye materialer forskes på en molekylær skala, bliver de pågældende emner i det væsentlige kvantesystemer. Dette gør det væsentligt nemmere for kvantecomputere at analysere og simulere disse materialer, da computerne også er kvantesystemer. Mens klassisk databehandling allerede anvendes (normalt i kombination med maskinlæring) til lægemiddelsimuleringer, kan kvantedatabehandling ikke kun strømline opdagelsesprocessen, men kan også skabe en paradigmeskift for hele medicinalindustrien.
Riverlane Manager for Quantum Science Dr. Nicole Holzmann diskuterer kvantecomputerens rolle i medicinalindustrien. (PC Riverlane)
"Udvikling er så fundamental, at pharma bruger hele 15 procent af sit eget salg på R&D," forklarede en 2021 McKinsey and Company artikel. Kvanteberegning kan sænke disse omkostninger betydeligt ved at bruge simuleringer til i silico kliniske forsøg. Her ville deltagere og forskellige lægemiddelbehandlinger blive simuleret, så en kvantecomputer kunne teste lægemiddelprotokoller og optimere til løsninger på en billigere og mere effektiv måde. Andre kvantesimuleringer ser på molekylære interaktioner mellem proteiner for at forudsige, hvordan et lægemiddel kan virke. Nylig forskning fra kvantecomputervirksomheden Riverlane skabt specielle algoritmer ved hjælp af en indlejringsteknik til at studere enzymet hydrogenase og fotosensibilisatormolekylet temoporfin. "Vi ønsker at finde en måde at beregne en aktiv del af et lægemiddel i et proteinmiljø på en kvantecomputer," forklarede Riverlanes leder af kvantevidenskab, Dr. Nicole Holzmann. “Men det er meget svært at gøre, fordi systemerne er super store. Så det er derfor, vi skal finde en måde at isolere den aktive del af et protein på og beregne den lille smule på en kvantecomputer."
Klassisk databehandling har allerede skabt lægemiddelsimuleringer via CADD (Computer-Assisteret Drug Discovery). Med CADD kan forskere bruge maskinlæring til at skabe simuleringer af molekylære interaktioner. CADD har dog sine begrænsninger, da det ser over alle data, endda mulige "blindgyde"-molekyler. Denne begrænsning kan skabe en flaskehals for medicinalindustrien, da den begrænser, hvilke molekyler der kan studeres. Med en kvantecomputer kan denne proces strømlines og hurtigere, hvilket giver mulighed for en mere accelereret opdagelsesproces. Da egentlige lægemiddelforsøg ikke vil blive erstattet af lægemiddelsimuleringer, kan disse computersimuleringer hjælpe med at lokalisere potentielle behandlingsprotokoller på en meget mere omkostningseffektiv måde. "Hvis man ser på lægemiddeldesigncyklussen, tager det mange, mange år, fx 12 år at designe et lægemiddel," sagde Holzmann. »Det er meget, meget dyrt. Du starter måske med millioner af molekyler, og i sidste ende er du glad, hvis du har en håndfuld potentielle kandidater. Og i den lange proces, hvor der er mange eksperimentelle trin.” Quantum computing kan ikke kun hjælpe med at reducere denne proces betydeligt, men kan også forårsage et potentielt paradigmeskifte i medicinalindustrien. Med mere computerkraft kan kvantecomputere også udvide typerne af simulerede molekylære systemer til at omfatte ting som antistoffer eller endda hele peptider.
Tidslinjen for Quantum Computing i lægemiddelindustrien
Selvom kvantecomputere tilbyder disse mange fordele, kan det tage et stykke tid, før de kan anvendes fuldt ud. En af grundene til denne forsinkelse er manglen på brugssager. Mens virksomheder som Riverlane eksperimenterer med mulige use cases (såsom i deres partnerskab med begge Astex Pharmaceuticals , Rigetti computing), vil det tage noget tid at udvikle nok use cases til at bruge kvanteberegning. Den anden hovedårsag til denne tidsforsinkelse er hardwareudvikling. Nuværende kvantecomputere, der anvendes til nye materialer eller lægemiddelopdagelse, anses for at være NISQ'er (Noisy Intermediate Scale Quantum), hvor de stadig indeholder fejl og andre problemer. McKinsey and Company mener, at fejlfri kvantecomputere vil være tilgængelige ud over 2030, og vil lave store bølger i medicinalindustrien. Virksomheder kan lide Quantum Brilliance håber at bruge unik hardware, såsom diamant kvanteacceleratorer, til at overvinde disse hardwareudfordringer. Riverlane forsøger på samme måde at løse disse problemer. "Det er et andet område, hvor Riverlane lægger en stor indsats for at rette fejl, der sker på disse maskiner," tilføjede Holzmann. "Så vi har en masse qubits, som du bruger til beregning, og under den beregning vil nogle af dem gå i stykker. Det sker bare, det vil altid ske, selvom vi har bedre maskiner. For at gøre denne beregning nyttig, bliver vi nødt til at kalibrere for disse fejl."
Andre kvantevirksomheder som Kvantinuum er allerede i gang med at forsøge at forkorte tidslinjen. For nylig udkom Quantinuum InQuanto, en software til kvanteberegningskemi, der er specielt designet til kemikere til at bruge flere kvantealgoritmer på en kvantecomputer. "Quantum computing tilbyder en vej til hurtig og omkostningseffektiv udvikling af nye molekyler og materialer, der kan låse op for nye svar på nogle af de største udfordringer, vi står over for," forklarede Patrick Moorhead, CEO og Chief Analyst of Moor Insights and Strategy i Quantinuum's pressemeddelelse. Selvom InQuanto er den første af denne slags platforme, vil det bestemt ikke være den sidste, da andre kvantevirksomheder håber at kunne udnytte deres computerkraft på jordniveau ved at indgå partnerskaber med forskellige farmaceutiske virksomheder. Efterhånden som flere af disse partnerskaber opstår, kan medicinalindustrien for altid blive ændret af den kraft, der er kvanteberegning.
Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, metaverset og kvanteteknologi.
