By קנה יוז-קסטלברי פורסם ב-06 באוקטובר 2022
עם למעלה מ 1.42 טריליון דולרים בהכנסות ברחבי ארה"ב, תעשיית הפארמה מציגה הזדמנויות רווחיות רבות עבור חברות מחשוב קוונטי. מכיוון שתכנון תרופות ויצירת חומרים חדשים נחקרים על א קנה מידה מולקולרי, הנושאים המדוברים הופכים בעצם למערכות קוונטיות. זה מקל באופן משמעותי על מחשבים קוונטיים לנתח ולדמות חומרים אלו שכן המחשבים הם גם מערכות קוונטיות. בעוד שמחשוב קלאסי כבר מיושם (בדרך כלל בשילוב עם למידת מכונה) על סימולציות של תרופות, מחשוב קוונטי עשוי לא רק לייעל את תהליך הגילוי אלא גם ליצור שינוי הפרדיגמה לכל תעשיית הפארמה.
מנהלת מדעי הקוואנטים של ריברליין, ד"ר ניקול הולצמן, דנה בתפקידו של המחשוב הקוונטי בתעשיית הפארמה. (PC Riverlane)
"הפיתוח הוא כל כך בסיסי עד שהפארמה מוציאה 15% מלאים מהמכירות שלה במחקר ופיתוח", הסביר 2021 מאמר מקינזי והחברה. מחשוב קוונטי יכול להוזיל משמעותית עלויות אלה על ידי שימוש בסימולציות עבור בסיליקו ניסויים קליניים. כאן יתבצע הדמיה של משתתפים וטיפולים תרופתיים שונים, מה שיאפשר למחשב קוונטי לבדוק פרוטוקולים של תרופות ולבצע אופטימיזציה לפתרונות בצורה זולה ויעילה יותר. סימולציות קוונטיות אחרות מסתכלות על אינטראקציות מולקולריות בין חלבונים על מנת לחזות כיצד תרופה עשויה לפעול. לאחרונה מחקר מחברת המחשוב הקוונטי ריברליין יצר אלגוריתמים מיוחדים תוך שימוש בטכניקת הטבעה כדי לחקור את האנזים הידרוגנאז ואת מולקולת הפוטוסנסיטיזר טמופורפין. "אנחנו רוצים למצוא דרך לחשב חלק פעיל של תרופה בתוך סביבת חלבון במחשב קוונטי", הסביר מנהל מדעי הקוונטים של ריברליין, ד"ר. ניקול הולצמן. "אבל זה מאוד קשה לעשות כי המערכות סופר גדולות. אז זו הסיבה שאנחנו צריכים למצוא דרך לבודד את החלק הפעיל של חלבון ולחשב את המעט הזה במחשב קוונטי."
מחשוב קלאסי כבר יצר סימולציות של תרופות באמצעות CADD (גילוי תרופות בעזרת מחשב). עם CADD, חוקרים יכולים להשתמש בלמידת מכונה כדי ליצור סימולציות של אינטראקציות מולקולריות. עם זאת, ל-CADD יש גבולות, שכן הוא מסתכל על כל הנתונים, אפילו מולקולות "מבוי סתום" אפשריות. מגבלה זו עלולה ליצור צוואר בקבוק עבור תעשיית הפארמה, מכיוון שהיא מגבילה אילו מולקולות ניתן לחקור. עם מחשב קוונטי, תהליך זה יכול להיות יעיל ומהיר יותר, מה שמאפשר תהליך גילוי מואץ יותר. מכיוון שניסויים בתרופות בפועל לא יוחלפו בסימולציות תרופות, הדמיות ממוחשבות אלו יכולות לסייע באיתור פרוטוקולי טיפול פוטנציאליים בצורה הרבה יותר חסכונית. "אם אתה מסתכל על מחזור עיצוב התרופה, לוקח הרבה מאוד שנים, כמו 12 שנים לעצב תרופה", קבע הולצמן. "זה מאוד מאוד יקר. אתה יכול להתחיל עם מיליוני מולקולות ובסופו של דבר, אתה שמח אם יש לך קומץ מועמדים פוטנציאליים. ובתהליך הארוך הזה, שבו יש הרבה שלבי ניסוי". מחשוב קוונטי עשוי לא רק לעזור לצמצם את התהליך הזה באופן משמעותי, אלא גם לגרום לשינוי פרדיגמה פוטנציאלי בתעשיית הפארמה. עם יותר כוח מחשוב, מחשבים קוונטיים יכולים גם להרחיב את סוגי המערכות המולקולריות המדומות לכלול דברים כמו נוגדנים או אפילו פפטידים שלמים.
ציר הזמן למחשוב קוונטי בתעשיית הפארמה
בעוד שמחשבים קוונטיים מציעים את היתרונות הרבים הללו, ייתכן שיחלוף זמן מה עד שניתן יהיה ליישם אותם במלואם. אחת הסיבות לפיגור זה היא היעדר מקרי שימוש. בעוד שחברות כמו ריברליין מתנסות במקרי שימוש אפשריים (כמו בשותפות שלהן עם שניהם Astex Pharmaceuticals ו מחשוב ריגטי), ייקח זמן מה לפתח מספיק מקרי שימוש כדי להשתמש במחשוב קוונטי. הסיבה העיקרית האחרת לעיכוב זמן זה היא פיתוח חומרה. מחשבים קוונטיים נוכחיים המיושמים לחומרים חדשים או גילוי תרופות נחשבים NISQs (Noisy Intermediate Scale Quantum), שבו הם עדיין מכילים שגיאות ובעיות אחרות. McKinsey and Company מאמינים שמחשבים קוונטיים נטולי שגיאות יהיו זמינים מעבר לכך 2030, ויעשה גלים גדולים בתעשיית הפארמה. חברות אוהבות מבריק קוונטים מקווים להשתמש בחומרה ייחודית, כמו מאיצים קוונטיים יהלומים, כדי להתגבר על אתגרי החומרה הללו. גם ריברליין מנסה לפתור את הבעיות האלה. "זה עוד תחום שבו ריברליין משקיעה מאמצים רבים כדי לתקן שגיאות שקורות במכונות הללו", הוסיף הולצמן. "אז, יש לנו הרבה קיוביטים שבהם אתה משתמש לחישוב, ובמהלך החישוב הזה, חלק מהם ישברו. זה פשוט קורה, זה תמיד יקרה, גם אם יהיו לנו מכונות טובות יותר. כדי להפוך את החישוב הזה לשימושי, נצטרך לכייל עבור שגיאות אלה."
חברות קוונטיות אחרות אוהבות קוונטיום כבר דוחפים קדימה כדי לנסות ולקצר את ציר הזמן. לאחרונה, שוחרר Quantinuum InQuanto, תוכנה לכימיה חישובית קוונטית שתוכננה במיוחד עבור כימאים כדי להשתמש במספר אלגוריתמים קוונטיים במחשב קוונטי. "מחשוב קוונטי מציע נתיב לפיתוח מהיר וחסכוני של מולקולות וחומרים חדשים שיכולים לפתוח תשובות חדשות לכמה מהאתגרים הגדולים ביותר העומדים בפנינו", הסביר פטריק מורהד, מנכ"ל ואנליסט ראשי של Moor Insights and Strategy ב-Quantinuum's. בידיעה שהונפקה לתקשורת. למרות ש-InQuanto היא הראשונה מסוג זה של פלטפורמה, היא בוודאי לא תהיה האחרונה שכן חברות קוונטיות אחרות מקווים למנף את כוח המחשוב שלהן ברמת הקרקע על ידי שיתוף פעולה עם חברות תרופות שונות. ככל שיהיו יותר שותפויות אלה, תעשיית הפארמה עשויה להשתנות לנצח על ידי הכוח שהוא מחשוב קוונטי.
קנה יוז-קסטלברי היא כותבת צוות ב-Inside Quantum Technology ו-Science Communicator ב-JILA (שותפות בין אוניברסיטת קולורדו בולדר ו-NIST). פעימות הכתיבה שלה כוללות Deep Tech, Metaverse וטכנולוגיה קוונטית.
