By Kenna Hughes-Castleberry geplaatst op 06 okt 2022
Met meer dan $ 1.42 biljoen in omzet in de VS biedt de farmaceutische industrie veel lucratieve kansen voor kwantumcomputingbedrijven. Omdat medicijnontwerp en de creatie van nieuwe materialen worden onderzocht op een moleculaire schaal, worden de onderwerpen in kwestie in wezen kwantumsystemen. Dit maakt het voor kwantumcomputers aanzienlijk eenvoudiger om deze materialen te analyseren en te simuleren, aangezien de computers ook kwantumsystemen zijn. Terwijl klassiek computergebruik al wordt toegepast (meestal in combinatie met machine learning) op drugssimulaties, kan kwantumcomputing niet alleen het ontdekkingsproces stroomlijnen, maar ook een paradigmaverschuiving voor de hele farmaceutische industrie.
Riverlane Manager van Quantum Science Dr. Nicole Holzmann bespreekt de rol van quantum computing in de farmaceutische industrie. (PC Riverlane)
"Ontwikkeling is zo fundamenteel dat de farmaceutische industrie 15 procent van zijn eigen omzet aan R&D besteedt", legt een 2021 McKinsey en Company-artikel. Quantumcomputing kan deze kosten aanzienlijk verlagen door simulaties voor te gebruiken in silico klinische proeven. Hier zouden deelnemers en verschillende medicijnbehandelingen worden gesimuleerd, waardoor een kwantumcomputer medicijnprotocollen kan testen en op een goedkopere en efficiëntere manier kan optimaliseren voor oplossingen. Andere kwantumsimulaties kijken naar moleculaire interacties tussen eiwitten om te voorspellen hoe een medicijn zou kunnen werken. Recent onderzoek van het kwantumcomputingbedrijf Rivierenweg creëerde speciale algoritmen met behulp van een inbeddingstechniek om het enzym hydrogenase en het fotosensibiliserende molecuul temoporfin te bestuderen. "We willen een manier vinden om een actief deel van een medicijn in een eiwitomgeving op een kwantumcomputer te berekenen", legt Riverlane's Manager of Quantum Science, Dr. Nicole Holzman. “Maar dit is heel moeilijk om te doen omdat de systemen supergroot zijn. Daarom moeten we een manier vinden om het actieve deel van een eiwit te isoleren en dat kleine beetje te berekenen op een kwantumcomputer.”
Klassieke computers hebben al drugssimulaties gemaakt via CADD (Computerondersteunde ontdekking van geneesmiddelen). Met CADD kunnen onderzoekers machine learning gebruiken om simulaties van moleculaire interacties te maken. CADD heeft echter zijn grenzen, aangezien het alle gegevens overziet, zelfs mogelijke "doodlopende" moleculen. Deze beperking kan een knelpunt vormen voor de farmaceutische industrie, omdat het beperkt welke moleculen kunnen worden bestudeerd. Met een kwantumcomputer kan dit proces worden gestroomlijnd en sneller, waardoor een sneller ontdekkingsproces mogelijk wordt. Aangezien daadwerkelijke medicijnonderzoeken niet zullen worden vervangen door medicijnsimulaties, kunnen deze computersimulaties helpen om potentiële behandelingsprotocollen op een veel kosteneffectievere manier te lokaliseren. "Als je kijkt naar de ontwerpcyclus van een medicijn, duurt het vele, vele jaren, zoals 12 jaar om een medicijn te ontwerpen", aldus Holzmann. “Het is heel, heel duur. Je kunt beginnen met miljoenen moleculen en uiteindelijk ben je blij als je een handvol potentiële kandidaten hebt. En in dat lange proces, waarin veel experimentele stappen zitten.” Quantumcomputing kan niet alleen helpen om dit proces aanzienlijk te verminderen, maar kan ook een potentiële paradigmaverschuiving in de farmaceutische industrie veroorzaken. Met meer rekenkracht kunnen kwantumcomputers ook de soorten gesimuleerde moleculaire systemen uitbreiden met zaken als antilichamen of zelfs hele peptiden.
De tijdlijn voor Quantum Computing in de farmaceutische industrie
Hoewel kwantumcomputers deze vele voordelen bieden, kan het even duren voordat ze volledig kunnen worden toegepast. Een van de redenen voor deze vertraging is het gebrek aan use cases. Terwijl bedrijven als Riverlane experimenteren met mogelijke use-cases (zoals in hun samenwerking met beide Astex-geneesmiddelen en Rigetti Computing), zal het enige tijd kosten om voldoende use cases te ontwikkelen om kwantumcomputing te gebruiken. De andere belangrijke reden voor deze vertraging is hardwareontwikkeling. Huidige kwantumcomputers die worden toegepast op nieuwe materialen of medicijnontdekking worden beschouwd als zijnde NISQ's (Noisy Intermediate Scale Quantum), waar ze nog steeds fouten en andere problemen bevatten. McKinsey and Company is van mening dat foutloze kwantumcomputers daarna beschikbaar zullen zijn 2030, en zal grote opschudding veroorzaken in de farmaceutische industrie. Bedrijven houden van Quantum schittering hopen unieke hardware, zoals diamanten kwantumversnellers, te gebruiken om deze hardware-uitdagingen te overwinnen. Riverlane probeert op dezelfde manier deze problemen op te lossen. "Dat is een ander gebied waarop Riverlane veel moeite doet om fouten op deze machines te corrigeren", voegde Holzmann toe. "Dus we hebben veel qubits die je gebruikt voor berekeningen, en tijdens die berekening zullen sommige kapot gaan. Het gebeurt gewoon, het zal altijd gebeuren, ook al hebben we betere machines. Om deze berekening bruikbaar te maken, zullen we moeten kalibreren voor deze fouten.”
Andere kwantumbedrijven zoals kwantum zijn al druk bezig om te proberen de tijdlijn in te korten. Onlangs is Quantinuum uitgebracht InQuanto, software voor kwantumcomputational chemie die speciaal is ontworpen voor chemici om meerdere kwantumalgoritmen op een kwantumcomputer te gebruiken. "Quantum computing biedt een weg naar snelle en kosteneffectieve ontwikkeling van nieuwe moleculen en materialen die nieuwe antwoorden kunnen bieden op enkele van de grootste uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd", legt Patrick Moorhead, CEO en hoofdanalist van Moor Insights and Strategy in Quantinuum's uit. persbericht. Hoewel InQuanto het eerste van dit soort platform is, zal het zeker niet het laatste zijn, aangezien andere kwantumbedrijven hopen hun rekenkracht op het maaiveld te benutten door samen te werken met verschillende farmaceutische bedrijven. Naarmate er meer van deze partnerschappen volgen, kan de farmaceutische industrie voor altijd worden veranderd door de kracht van quantum computing.
Kenna Hughes-Castleberry is een stafschrijver bij Inside Quantum Technology en de Science Communicator bij JILA (een samenwerking tussen de University of Colorado Boulder en NIST). Haar schrijfritmes omvatten deep tech, de metaverse en kwantumtechnologie.
