By Kenna Hughes-Castleberry közzétéve: 06. október 2022
Több mint $ 1.42 billió Az Egyesült Államokban a gyógyszeripar számos jövedelmező lehetőséget kínál a kvantumszámítástechnikai vállalatok számára. Mivel a gyógyszertervezést és az új anyagok létrehozását kutatják a molekuláris léptékben, a szóban forgó alanyok lényegében kvantumrendszerekké válnak. Ez jelentősen megkönnyíti a kvantumszámítógépek számára ezen anyagok elemzését és szimulációját, mivel a számítógépek is kvantumrendszerek. Míg a klasszikus számítástechnikát már alkalmazzák (általában gépi tanulással kombinálva) a gyógyszerszimulációkban, a kvantumszámítás nemcsak egyszerűsítheti a felfedezési folyamatot, hanem létrehozhat egy paradigmaváltás az egész gyógyszeripar számára.
A Riverlane kvantumtudományi menedzsere, Dr. Nicole Holzmann a kvantumszámítástechnikának a gyógyszeriparban betöltött szerepéről beszél. (PC Riverlane)
„A fejlesztés annyira alapvető, hogy a gyógyszeripar saját árbevételének teljes 15 százalékát K+F-re fordítja” – magyarázta egy 2021 McKinsey and Company cikk. A kvantumszámítás jelentősen csökkentheti ezeket a költségeket a szimulációk használatával in-silico klinikai vizsgálatok. Itt szimulálnák a résztvevőket és a különböző gyógyszeres kezeléseket, lehetővé téve a kvantumszámítógépnek a gyógyszerprotokollok tesztelését és a megoldások olcsóbb és hatékonyabb optimalizálását. Más kvantumszimulációk a fehérjék közötti molekuláris kölcsönhatásokat vizsgálják, hogy megjósolják, hogyan működhet a gyógyszer. Friss kutatás a kvantumszámítástechnikai cégtől Riverlane speciális algoritmusokat hozott létre beágyazási technikával a hidrogenáz enzim és a temoporfin fényérzékenyítő molekula tanulmányozására. „Módszert akarunk találni a gyógyszer aktív részének kiszámítására egy fehérjekörnyezetben kvantumszámítógépen” – magyarázta a Riverlane kvantumtudományi menedzsere, Dr. Nicole Holzmann. „De ezt nagyon nehéz megtenni, mert a rendszerek rendkívül nagyok. Ezért kell megtalálnunk a módját a fehérje aktív szakaszának izolálására, és ennek a mennyiségnek a kvantumszámítógépen történő kiszámítására.”
A klasszikus számítástechnika már készített drogszimulációkat ezen keresztül CADD (Computer-Assisted Drug Discovery). A CADD segítségével a kutatók gépi tanulást használhatnak molekuláris kölcsönhatások szimulációinak létrehozására. A CADD-nek azonban megvannak a korlátai, mivel az összes adatot átnézi, még a lehetséges „zsákutcás” molekulákat is. Ez a korlátozás szűk keresztmetszetet teremthet a gyógyszeripar számára, mivel korlátozza, hogy mely molekulák tanulmányozhatók. A kvantumszámítógép segítségével ez a folyamat egyszerűsíthető és gyorsabb, ami gyorsabb felfedezési folyamatot tesz lehetővé. Mivel a tényleges gyógyszerkísérleteket nem helyettesítik gyógyszerszimulációk, ezek a számítógépes szimulációk segíthetnek a lehetséges kezelési protokollok sokkal költséghatékonyabb meghatározásában. „Ha megnézzük a gyógyszertervezési ciklust, sok-sok évbe, például 12 évbe telik egy gyógyszer megtervezése” – mondta Holzmann. "Nagyon-nagyon drága. Lehet, hogy több millió molekulával kezdi, és a végén boldog lesz, ha van néhány potenciális jelölt. És abban a hosszú folyamatban, ahol sok kísérleti lépés van.” A kvantumszámítás nemcsak jelentősen csökkentheti ezt a folyamatot, hanem paradigmaváltást is okozhat a gyógyszeriparban. Nagyobb számítási teljesítménnyel a kvantumszámítógépek kibővíthetik a szimulált molekuláris rendszerek típusait, hogy magukban foglalják az antitesteket vagy akár a teljes peptideket is.
A kvantumszámítás idővonala a gyógyszeriparban
Noha a kvantumszámítógépek számos előnnyel rendelkeznek, eltarthat egy ideig, amíg teljes mértékben alkalmazhatók lesznek. Ennek az elmaradásnak az egyik oka a használati esetek hiánya. Miközben a Riverlane-hez hasonló vállalatok kísérleteznek a lehetséges felhasználási esetekkel (például mindkettővel való együttműködésben Astex Pharmaceuticals és a Rigetti számítástechnika), eltart egy ideig, amíg a kvantumszámítástechnika használatához elegendő használati esetet dolgozunk ki. Ennek a késleltetésnek a másik fő oka a hardverfejlesztés. A jelenlegi kvantumszámítógépeket, amelyeket új anyagokhoz vagy gyógyszerkutatáshoz alkalmaznak, annak tekintik NISQ-k (Noisy Intermediate Scale Quantum), ahol még mindig vannak hibák és egyéb problémák. A McKinsey and Company úgy véli, hogy a hibamentes kvantumszámítógépek ezen túlmenően is elérhetőek lesznek 2030, és nagy hullámokat fog kelteni a gyógyszeriparban. Cégek, mint Quantum Brilliance abban reménykednek, hogy egyedi hardvert, például gyémánt kvantumgyorsítókat használhatnak, hogy leküzdjék ezeket a hardveres kihívásokat. A Riverlane hasonlóképpen próbálja megoldani ezeket a problémákat. „Ez egy másik terület, ahol a Riverlane sok erőfeszítést tesz az ezeken a gépeken előforduló hibák kijavítására” – tette hozzá Holzmann. „Tehát sok qubitünk van, amelyeket a számításokhoz használ, és a számítás során néhányuk elromlik. Csak megtörténik, mindig megtörténik, még akkor is, ha jobb gépeink vannak. Ahhoz, hogy ez a számítás hasznos legyen, kalibrálnunk kell ezeket a hibákat."
Más kvantumcégek, mint pl Kvantinum már előrenyomulnak, hogy megpróbálják lerövidíteni az idővonalat. Nemrég megjelent a Quantinuum InQuanto, egy kvantumszámítógépes kémiai szoftver, amelyet kifejezetten kémikusok számára fejlesztettek ki, hogy több kvantum algoritmust alkalmazzanak egy kvantumszámítógépen. „A kvantumszámítás olyan új molekulák és anyagok gyors és költséghatékony fejlesztéséhez kínál utat, amelyek új válaszokat nyithatnak az előttünk álló legnagyobb kihívások némelyikére” – magyarázta Patrick Moorhead, a Moor Insights and Strategy vezérigazgatója és vezető elemzője a Quantinuum kiadványában. sajtóközlemény. Noha az InQuanto az első ilyen platform, biztosan nem ez lesz az utolsó, mivel más kvantumcégek azt remélik, hogy különböző gyógyszergyártó cégekkel együttműködve ki tudják használni a számítási teljesítményüket a földszinten. Ahogy egyre több ilyen partnerség jön létre, a gyógyszeripart örökre megváltoztathatja a kvantumszámítógép ereje.
Kenna Hughes-Castleberry az Inside Quantum Technology és a Science Communicator munkatársa a JILA-nál (a Colorado Boulder Egyetem és a NIST partnersége). Írási ütemei közé tartozik a mélytechnológia, a metaverzum és a kvantumtechnológia.
