By Kenna Hughes-Castleberry δημοσιεύτηκε στις 06 Οκτωβρίου 2022
με πάνω από $ 1.42 τρισεκατομμύρια σε έσοδα σε όλες τις ΗΠΑ, η φαρμακευτική βιομηχανία παρουσιάζει πολλές προσοδοφόρες ευκαιρίες για τις εταιρείες κβαντικών υπολογιστών. Επειδή ο σχεδιασμός φαρμάκων και η δημιουργία νέων υλικών ερευνώνται σε α μοριακή κλίμακα, τα εν λόγω θέματα γίνονται ουσιαστικά κβαντικά συστήματα. Αυτό διευκολύνει σημαντικά τους κβαντικούς υπολογιστές να αναλύσουν και να προσομοιώσουν αυτά τα υλικά, καθώς οι υπολογιστές είναι επίσης κβαντικά συστήματα. Ενώ η κλασική πληροφορική εφαρμόζεται ήδη (συνήθως σε συνδυασμό με μηχανική μάθηση) στις προσομοιώσεις φαρμάκων, ο κβαντικός υπολογισμός μπορεί όχι μόνο να εξορθολογίσει τη διαδικασία ανακάλυψης αλλά μπορεί επίσης να δημιουργήσει αλλαγή παραδείγματος για ολόκληρη τη φαρμακοβιομηχανία.
Η Διευθύντρια Κβαντικής Επιστήμης της Riverlane, Δρ. Nicole Holzmann, συζητά τον ρόλο της κβαντικής πληροφορικής στη φαρμακευτική βιομηχανία. (PC Riverlane)
«Η ανάπτυξη είναι τόσο θεμελιώδης που η φαρμακευτική εταιρεία ξοδεύει ολόκληρο το 15 τοις εκατό των πωλήσεών της σε Ε&Α», εξήγησε ένας 2021 Άρθρο McKinsey and Company. Ο κβαντικός υπολογισμός μπορεί να μειώσει σημαντικά αυτά τα κόστη χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις για σε πυρίτιο κλινικές δοκιμές. Εδώ, οι συμμετέχοντες και διαφορετικές θεραπείες φαρμάκων θα προσομοιωθούν, επιτρέποντας σε έναν κβαντικό υπολογιστή να δοκιμάσει πρωτόκολλα φαρμάκων και να βελτιστοποιήσει λύσεις με φθηνότερο και πιο αποτελεσματικό τρόπο. Άλλες κβαντικές προσομοιώσεις εξετάζουν τις μοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πρωτεϊνών προκειμένου να προβλέψουν πώς μπορεί να λειτουργήσει ένα φάρμακο. Πρόσφατος έρευνα από την εταιρεία κβαντικών υπολογιστών Riverlane δημιούργησε ειδικούς αλγόριθμους χρησιμοποιώντας μια τεχνική ενσωμάτωσης για τη μελέτη του ενζύμου υδρογονάση και του μορίου φωτοευαισθητοποιητή τεμοπορφίνη. «Θέλουμε να βρούμε έναν τρόπο να υπολογίσουμε ένα ενεργό μέρος ενός φαρμάκου μέσα σε ένα πρωτεϊνικό περιβάλλον σε έναν κβαντικό υπολογιστή», εξήγησε ο Διευθυντής Κβαντικής Επιστήμης του Riverlane, Δρ. Νικόλ Χόλτσμαν. «Αλλά αυτό είναι πολύ δύσκολο να γίνει γιατί τα συστήματα είναι εξαιρετικά μεγάλα. Γι' αυτό πρέπει να βρούμε έναν τρόπο να απομονώσουμε το ενεργό τμήμα μιας πρωτεΐνης και να υπολογίσουμε αυτό το λίγο σε έναν κβαντικό υπολογιστή».
Η κλασική πληροφορική έχει ήδη δημιουργήσει προσομοιώσεις φαρμάκων μέσω CADD (Computer-Assisted Drug Discovery). Με το CADD, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη μηχανική μάθηση για να δημιουργήσουν προσομοιώσεις μοριακών αλληλεπιδράσεων. Ωστόσο, το CADD έχει τα όριά του, καθώς εξετάζει όλα τα δεδομένα, ακόμη και πιθανά μόρια «αδιεξόδου». Αυτός ο περιορισμός μπορεί να δημιουργήσει ένα εμπόδιο για τη φαρμακοβιομηχανία, καθώς περιορίζει ποια μόρια μπορούν να μελετηθούν. Με έναν κβαντικό υπολογιστή, αυτή η διαδικασία μπορεί να εξορθολογιστεί και να είναι πιο γρήγορη, επιτρέποντας μια πιο επιταχυνόμενη διαδικασία ανακάλυψης. Καθώς οι πραγματικές δοκιμές φαρμάκων δεν θα αντικατασταθούν από προσομοιώσεις φαρμάκων, αυτές οι προσομοιώσεις υπολογιστή μπορούν να βοηθήσουν στον εντοπισμό πιθανών πρωτοκόλλων θεραπείας με πολύ πιο οικονομικό τρόπο. "Αν κοιτάξετε τον κύκλο σχεδιασμού φαρμάκων, χρειάζονται πολλά, πολλά χρόνια, όπως 12 χρόνια για να σχεδιαστεί ένα φάρμακο", δήλωσε ο Holzmann. «Είναι πολύ, πολύ ακριβό. Μπορεί να ξεκινήσετε με εκατομμύρια μόρια και στο τέλος, να είστε χαρούμενοι αν έχετε μια χούφτα πιθανούς υποψηφίους. Και σε αυτή τη μακρά διαδικασία, όπου υπάρχουν πολλά πειραματικά βήματα». Ο κβαντικός υπολογισμός μπορεί όχι μόνο να βοηθήσει στη σημαντική μείωση αυτής της διαδικασίας, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει μια πιθανή αλλαγή παραδείγματος στη φαρμακευτική βιομηχανία. Με περισσότερη υπολογιστική ισχύ, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν επίσης να επεκτείνουν τους τύπους προσομοιωμένων μοριακών συστημάτων για να συμπεριλάβουν πράγματα όπως αντισώματα ή ακόμα και ολόκληρα πεπτίδια.
Το Χρονοδιάγραμμα για τον Κβαντικό Υπολογισμό στη Φαρμακευτική Βιομηχανία
Ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές προσφέρουν αυτά τα πολλά πλεονεκτήματα, μπορεί να χρειαστεί λίγος χρόνος μέχρι να εφαρμοστούν πλήρως. Ένας από τους λόγους αυτής της καθυστέρησης είναι η έλλειψη περιπτώσεων χρήσης. Ενώ εταιρείες όπως η Riverlane πειραματίζονται με πιθανές περιπτώσεις χρήσης (όπως στη συνεργασία τους και με τα δύο Astex Pharmaceuticals και Rigetti Computing), θα χρειαστεί λίγος χρόνος για να αναπτυχθούν αρκετές περιπτώσεις χρήσης για να χρησιμοποιηθούν οι κβαντικοί υπολογιστές. Ο άλλος κύριος λόγος αυτής της χρονικής καθυστέρησης είναι η ανάπτυξη υλικού. Οι τρέχοντες κβαντικοί υπολογιστές που εφαρμόζονται σε νέα υλικά ή ανακάλυψη φαρμάκων θεωρούνται ότι είναι NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum), όπου εξακολουθούν να περιέχουν σφάλματα και άλλα ζητήματα. Η McKinsey και η Εταιρεία πιστεύουν ότι οι κβαντικοί υπολογιστές χωρίς σφάλματα θα είναι διαθέσιμοι και πέρα 2030, και θα κάνει μεγάλα κύματα στη φαρμακοβιομηχανία. Εταιρείες όπως Κβαντική Λάμψη ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν μοναδικό υλικό, όπως κβαντικούς επιταχυντές διαμαντιών, για να ξεπεράσουν αυτές τις προκλήσεις υλικού. Ο Riverlane προσπαθεί παρομοίως να επιλύσει αυτά τα ζητήματα. "Αυτός είναι ένας άλλος τομέας όπου η Riverlane καταβάλλει μεγάλη προσπάθεια για να διορθώσει τα λάθη που συμβαίνουν σε αυτά τα μηχανήματα", πρόσθεσε ο Holzmann. «Λοιπόν, έχουμε πολλά qubits που χρησιμοποιείτε για υπολογισμούς και κατά τη διάρκεια αυτού του υπολογισμού, μερικά από αυτά θα σπάσουν. Απλώς συμβαίνει, πάντα θα συμβαίνει, ακόμα κι αν έχουμε καλύτερα μηχανήματα. Για να κάνουμε αυτόν τον υπολογισμό χρήσιμο, θα χρειαστεί να βαθμονομήσουμε για αυτά τα σφάλματα."
Άλλες κβαντικές εταιρείες όπως Κβαντίνο ήδη πιέζουν να προσπαθήσουν να συντομεύσουν το χρονοδιάγραμμα. Πρόσφατα κυκλοφόρησε το Quantinuum InQuanto, ένα λογισμικό κβαντικής υπολογιστικής χημείας ειδικά σχεδιασμένο για χημικούς να χρησιμοποιούν πολλαπλούς κβαντικούς αλγόριθμους σε έναν κβαντικό υπολογιστή. «Ο κβαντικός υπολογιστής προσφέρει μια διαδρομή προς την ταχεία και οικονομικά αποδοτική ανάπτυξη νέων μορίων και υλικών που θα μπορούσαν να ξεκλειδώσουν νέες απαντήσεις σε μερικές από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζουμε», εξήγησε ο Patrick Moorhead, Διευθύνων Σύμβουλος και Επικεφαλής Αναλυτής της Moor Insights and Strategy στην Quantinuum's. δελτίο τύπου. Αν και το InQuanto είναι η πρώτη πλατφόρμα αυτού του είδους, σίγουρα δεν θα είναι η τελευταία, καθώς άλλες κβαντικές εταιρείες ελπίζουν να αξιοποιήσουν την υπολογιστική τους ισχύ σε επίπεδο εδάφους συνεργαζόμενοι με διάφορες φαρμακευτικές εταιρείες. Καθώς ακολουθούν περισσότερες από αυτές τις συνεργασίες, η φαρμακοβιομηχανία μπορεί να αλλάξει για πάντα από τη δύναμη που είναι ο κβαντικός υπολογισμός.
Ο Kenna Hughes-Castleberry είναι συγγραφέας προσωπικού στο Inside Quantum Technology και Επιστήμονας Επικοινωνίας στο JILA (μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Κολοράντο Boulder και του NIST). Τα συγγραφικά της beats περιλαμβάνουν τη βαθιά τεχνολογία, το μετασύμπαν και την κβαντική τεχνολογία.
