By Kenna Hughes-Castleberry pubblicato il 06 ottobre 2022
con oltre $ 1.42 trilioni di entrate negli Stati Uniti, l'industria farmaceutica presenta molte opportunità redditizie per le aziende di computer quantistico. Perché la progettazione di farmaci e la creazione di nuovi materiali vengono studiate su a scala molecolare, i soggetti in questione diventano essenzialmente sistemi quantistici. Ciò rende molto più facile per i computer quantistici analizzare e simulare questi materiali poiché anche i computer sono sistemi quantistici. Mentre il calcolo classico viene già applicato (di solito in combinazione con l'apprendimento automatico) alle simulazioni di farmaci, il calcolo quantistico potrebbe non solo semplificare il processo di scoperta, ma anche creare un cambiamento di paradigma per l'intera industria farmaceutica.
Riverlane Manager of Quantum Science, la dott.ssa Nicole Holzmann, discute il ruolo dell'informatica quantistica nell'industria farmaceutica. (PC Riverlane)
"Lo sviluppo è così fondamentale che il settore farmaceutico spende ben il 15% delle proprie vendite in ricerca e sviluppo", ha spiegato un 2021 Articolo di McKinsey and Company. Il calcolo quantistico può ridurre significativamente questi costi utilizzando simulazioni per in silicone test clinici. Qui verrebbero simulati partecipanti e diversi trattamenti farmacologici, consentendo a un computer quantistico di testare i protocolli farmacologici e ottimizzare le soluzioni in modo più economico ed efficiente. Altre simulazioni quantistiche esaminano le interazioni molecolari tra le proteine per prevedere come potrebbe funzionare un farmaco. Recente riparazioni dalla società di computer quantistici Riverlano ha creato algoritmi speciali utilizzando una tecnica di incorporamento per studiare l'enzima idrogenasi e la molecola fotosensibilizzante temoporfina. "Vogliamo trovare un modo per calcolare una parte attiva di un farmaco all'interno di un ambiente proteico su un computer quantistico", ha spiegato il direttore della scienza quantistica di Riverlane, il dott. Nicola Holzmann. “Ma questo è molto difficile da fare perché i sistemi sono molto grandi. Ecco perché dobbiamo trovare un modo per isolare la sezione attiva di una proteina e calcolare quel pezzettino su un computer quantistico».
L'informatica classica ha già creato simulazioni di droghe tramite CADD (Scoperta di farmaci assistita da computer). Con CADD, i ricercatori possono utilizzare l'apprendimento automatico per creare simulazioni di interazioni molecolari. Tuttavia, CADD ha i suoi limiti, poiché esamina tutti i dati, anche le possibili molecole "senza uscita". Questa limitazione può creare un collo di bottiglia per l'industria farmaceutica, in quanto limita le molecole che possono essere studiate. Con un computer quantistico, questo processo può essere semplificato e più veloce, consentendo un processo di scoperta più accelerato. Dato che le prove farmacologiche effettive non saranno sostituite da simulazioni di farmaci, queste simulazioni al computer possono aiutare a individuare potenziali protocolli di trattamento in un modo molto più conveniente. "Se si guarda al ciclo di progettazione del farmaco, ci vogliono molti, molti anni, come 12 anni per progettare un farmaco", ha affermato Holzmann. “È molto, molto costoso. Puoi iniziare con milioni di molecole e alla fine sei felice se hai una manciata di potenziali candidati. E in quel lungo processo, dove ci sono molti passaggi sperimentali. Il calcolo quantistico potrebbe non solo aiutare a ridurre significativamente questo processo, ma potrebbe anche causare un potenziale cambiamento di paradigma nell'industria farmaceutica. Con una maggiore potenza di calcolo, i computer quantistici possono anche espandere i tipi di sistemi molecolari simulati per includere cose come anticorpi o persino interi peptidi.
La linea temporale per l'informatica quantistica nell'industria farmaceutica
Sebbene i computer quantistici offrano questi numerosi vantaggi, potrebbe passare del tempo prima che possano essere pienamente applicati. Uno dei motivi di questo ritardo è la mancanza di casi d'uso. Mentre aziende come Riverlane stanno sperimentando possibili casi d'uso (come nella loro partnership con entrambi Prodotti farmaceutici Astex ed Rigetti Computing), ci vorrà del tempo per sviluppare casi d'uso sufficienti per utilizzare il calcolo quantistico. L'altro motivo principale di questo ritardo è lo sviluppo dell'hardware. Gli attuali computer quantistici che vengono applicati a nuovi materiali o alla scoperta di farmaci sono considerati tali NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum), dove contengono ancora errori e altri problemi. McKinsey e Company ritengono che i computer quantistici privi di errori saranno disponibili oltre 2030e farà grandi passi avanti nel settore farmaceutico. Aziende come Brillantezza quantistica sperano di utilizzare hardware unico, come acceleratori quantistici di diamanti, per superare queste sfide hardware. Allo stesso modo Riverlane sta cercando di risolvere questi problemi. "Questa è un'altra area in cui Riverlane si sta impegnando molto per correggere gli errori che si verificano su queste macchine", ha aggiunto Holzmann. “Quindi, abbiamo molti qubit che usi per il calcolo e durante quel calcolo, alcuni di essi si romperanno. Succede e succederà sempre, anche se disponiamo di macchine migliori. Per rendere utile questo calcolo, dovremo calibrare per questi errori.
Altre aziende quantistiche come Quantino stanno già spingendo avanti per cercare di accorciare i tempi. Di recente è uscito Quantinuum InQuanto, un software di chimica computazionale quantistica specificamente progettato per consentire ai chimici di utilizzare più algoritmi quantistici su un computer quantistico. "L'informatica quantistica offre un percorso per lo sviluppo rapido ed economico di nuove molecole e materiali che potrebbero sbloccare nuove risposte ad alcune delle maggiori sfide che dobbiamo affrontare", ha spiegato Patrick Moorhead, CEO e Chief Analyst di Moor Insights and Strategy in Quantinuum's comunicato stampa. Sebbene InQuanto sia il primo di questo tipo di piattaforma, non sarà sicuramente l'ultimo poiché altre aziende quantistiche sperano di sfruttare la loro potenza di calcolo a livello di base collaborando con varie aziende farmaceutiche. Con l'aumentare di queste collaborazioni, l'industria farmaceutica potrebbe essere cambiata per sempre dal potere del calcolo quantistico.
Kenna Hughes-Castleberry è una scrittrice presso Inside Quantum Technology e Science Communicator presso JILA (una partnership tra l'Università del Colorado Boulder e il NIST). I suoi ritmi di scrittura includono la tecnologia profonda, il metaverso e la tecnologia quantistica.
