By Kenny Hughes-Castleberry wysłano 06 października 2022 r
z ponad $ 1.42 biliona przychodów w całych Stanach Zjednoczonych, przemysł farmaceutyczny stwarza wiele lukratywnych możliwości dla firm zajmujących się komputerami kwantowymi. Ponieważ projektowanie leków i tworzenie nowych materiałów są badane na skala molekularna, omawiane podmioty zasadniczo stają się systemami kwantowymi. To znacznie ułatwia komputerom kwantowym analizę i symulację tych materiałów, ponieważ komputery są również systemami kwantowymi. Podczas gdy klasyczne obliczenia są już stosowane (zwykle w połączeniu z uczeniem maszynowym) do symulacji leków, obliczenia kwantowe mogą nie tylko usprawnić proces odkrywania, ale mogą również stworzyć Zmiana paradygmatu dla całej branży farmaceutycznej.
Riverlane Manager of Quantum Science, dr Nicole Holzmann, omawia rolę komputerów kwantowych w przemyśle farmaceutycznym. (PC Riverlane)
„Rozwój jest tak fundamentalny, że farmaceutyka wydaje pełne 15 procent własnej sprzedaży na badania i rozwój” — wyjaśnił 2021 Artykuł McKinsey and Company. Obliczenia kwantowe mogą znacznie obniżyć te koszty, wykorzystując symulacje in silico Badania kliniczne. Tutaj symulowani byliby uczestnicy i różne terapie lekowe, co pozwoliłoby komputerowi kwantowemu testować protokoły leków i optymalizować rozwiązania w tańszy i bardziej wydajny sposób. Inne symulacje kwantowe analizują interakcje molekularne między białkami, aby przewidzieć, jak może działać lek. Ostatni Badania naukowe od firmy zajmującej się obliczeniami kwantowymi Rzeczna stworzyli specjalne algorytmy wykorzystujące technikę osadzania do badania enzymu hydrogenazy i cząsteczki fotosensybilizatora temoporfiny. „Chcemy znaleźć sposób na obliczenie aktywnej części leku w środowisku białkowym na komputerze kwantowym” – wyjaśnił kierownik ds. Nicole Holzmann. „Ale jest to bardzo trudne, ponieważ systemy są bardzo duże. Dlatego właśnie musimy znaleźć sposób na wyizolowanie aktywnej części białka i obliczenie tego bitu na komputerze kwantowym”.
Klasyczne komputery już tworzyły symulacje leków za pośrednictwem CADD (Odkrywanie narkotyków wspomagane komputerowo). Dzięki CADD naukowcy mogą wykorzystywać uczenie maszynowe do tworzenia symulacji interakcji molekularnych. Jednak CADD ma swoje ograniczenia, ponieważ przegląda wszystkie dane, nawet możliwe „ślepe zaułki” cząsteczek. To ograniczenie może stworzyć wąskie gardło dla przemysłu farmaceutycznego, ponieważ ogranicza to, które cząsteczki mogą być badane. Dzięki komputerowi kwantowemu proces ten można usprawnić i przyspieszyć, co pozwala na szybsze odkrywanie. Symulacje leków nie zastąpią rzeczywistych prób leków, więc te symulacje komputerowe mogą pomóc w określeniu potencjalnych protokołów leczenia w znacznie bardziej opłacalny sposób. „Jeśli spojrzysz na cykl projektowania leku, zaprojektowanie leku zajmuje wiele, wiele lat, na przykład 12 lat” – powiedział Holzmann. „To bardzo, bardzo drogie. Możesz zacząć od milionów cząsteczek, a na koniec będziesz szczęśliwy, jeśli masz garstkę potencjalnych kandydatów. I w tym długim procesie, w którym jest wiele etapów eksperymentalnych”. Obliczenia kwantowe mogą nie tylko pomóc znacznie ograniczyć ten proces, ale mogą również spowodować potencjalną zmianę paradygmatu w przemyśle farmaceutycznym. Dzięki większej mocy obliczeniowej komputery kwantowe mogą również rozszerzyć typy symulowanych systemów molekularnych, aby obejmowały takie rzeczy, jak przeciwciała, a nawet całe peptydy.
Kalendarium komputerów kwantowych w przemyśle farmaceutycznym
Chociaż komputery kwantowe oferują wiele korzyści, może upłynąć trochę czasu, zanim będą mogły zostać w pełni zastosowane. Jednym z powodów tego opóźnienia jest brak przypadków użycia. Podczas gdy firmy takie jak Riverlane eksperymentują z możliwymi przypadkami użycia (np Firma farmaceutyczna Astex i Obliczenia Rigetti), opracowanie wystarczającej liczby przypadków użycia do wykorzystania obliczeń kwantowych zajmie trochę czasu. Innym głównym powodem tego opóźnienia jest rozwój sprzętu. Uważa się, że obecne komputery kwantowe są stosowane do nowych materiałów lub odkrywania leków NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum), gdzie nadal zawierają błędy i inne problemy. McKinsey and Company wierzy, że bezbłędne komputery kwantowe będą dostępne później 2030i wywoła duże zamieszanie w branży farmaceutycznej. Firmy takie jak Blask kwantowy mają nadzieję na użycie unikalnego sprzętu, takiego jak diamentowe akceleratory kwantowe, aby sprostać tym wyzwaniom sprzętowym. Podobnie Riverlane próbuje rozwiązać te problemy. „To kolejny obszar, w którym Riverlane wkłada wiele wysiłku w naprawianie błędów występujących na tych maszynach” — dodał Holzmann. „Mamy więc wiele kubitów, których używasz do obliczeń, a podczas tych obliczeń niektóre z nich się zepsują. To się po prostu zdarza, zawsze będzie się zdarzać, nawet jeśli mamy lepsze maszyny. Aby obliczenia były przydatne, będziemy musieli przeprowadzić kalibrację pod kątem tych błędów”.
Inne firmy kwantowe, takie jak Quantinium już posuwają się do przodu, aby spróbować skrócić harmonogram. Niedawno ukazało się Quantinuum InQuanto, oprogramowanie do kwantowej chemii obliczeniowej zaprojektowane specjalnie dla chemików w celu wykorzystania wielu algorytmów kwantowych na komputerze kwantowym. „Przetwarzanie kwantowe oferuje drogę do szybkiego i opłacalnego rozwoju nowych molekuł i materiałów, które mogą otworzyć nowe odpowiedzi na niektóre z największych wyzwań, przed którymi stoimy” — wyjaśnił Patrick Moorhead, dyrektor generalny i główny analityk Moor Insights and Strategy w firmie Quantinuum's komunikat prasowy. Chociaż InQuanto jest pierwszą tego rodzaju platformą, z pewnością nie będzie ostatnią, ponieważ inne firmy kwantowe mają nadzieję wykorzystać swoją moc obliczeniową na poziomie podstawowym, współpracując z różnymi firmami farmaceutycznymi. Ponieważ pojawia się coraz więcej takich partnerstw, przemysł farmaceutyczny może zostać na zawsze zmieniony przez potęgę, jaką są komputery kwantowe.
Kenna Hughes-Castleberry jest pisarzem personelu w Inside Quantum Technology i Science Communicator w JILA (partnerstwo między University of Colorado Boulder i NIST). Jej pisarskie bity obejmują deep tech, metaverse i technologię kwantową.
