Το κβαντικό άλμα της ανάπτυξης φαρμάκων

Η φαρμακευτική βιομηχανία εξερευνά τη χρήση της κβαντικής υπολογιστικής για την επιτάχυνση και μείωση του κόστους ανάπτυξης φαρμάκων. Ενώ τα κβαντικά συστήματα βρίσκονται ακόμη σε αρχικό στάδιο, ερευνητές εξετάζουν την εφαρμογή τους σε προβλήματα βελτιστοποίησης, όπως η εύρεση βέλτιστης δοσολογίας φαρμάκων, και σε προσομοιώσεις μορίων για ακριβέστερη πρόβλεψη της συμπεριφοράς τους. Η συνεργασία εταιρειών φαρμάκων με εταιρείες κβαντικής υπολογιστικής δημιουργεί ελπίδες για ριζικές αλλαγές στην έρευνα και ανάπτυξη φαρμάκων. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμα προκλήσεις, όπως η ακρίβεια και η ισχύς των κβαντικών υπολογιστών, που χρειάζονται περαιτέρω βελτίωση. Η συνδυαστική χρήση κβαντικής υπολογιστικής και τεχνητής νοημοσύνης θεωρείται ως μελλοντική πηγή σημαντικών προόδων.

 
Τι είναι η κβαντική υπολογιστική και πώς διαφέρει από την κλασική υπολογιστική;

Η κβαντική υπολογιστική χρησιμοποιεί τις ιδιότητες των υποατομικών σωματιδίων και qubits, τα οποία μπορούν να αντιπροσωπεύουν 0 και 1 ταυτόχρονα, σε αντίθεση με τους κλασικούς υπολογιστές που χρησιμοποιούν bits (0 ή 1). Αυτό επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να επεξεργάζονται πληροφορίες με εκθετικά μεγαλύτερη ισχύ, εξετάζοντας πολλαπλές λύσεις σε ένα πρόβλημα ταχύτερα από έναν συμβατικό υπολογιστή.

 
Πώς μπορεί η κβαντική υπολογιστική να βοηθήσει στην ανάπτυξη φαρμάκων;

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τη δυνατότητα να προσομοιώσουν με ακρίβεια μόρια και τις αλληλεπιδράσεις τους, κάτι που οι κλασικοί υπολογιστές μπορούν μόνο να προσεγγίσουν. Αυτό μπορεί να επιταχύνει και να μειώσει το κόστος της ανακάλυψης φαρμάκων, επιτρέποντας την ακριβέστερη πρόβλεψη της συμπεριφοράς χιλιάδων ατόμων σε ένα προτεινόμενο φάρμακο και το περιβάλλον του. Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για βελτιστοποίηση, όπως η καλύτερη αλληλεπίδραση ενός φαρμάκου με τον στόχο του, ο σχεδιασμός κλινικών δοκιμών και η διαχείριση εφοδιαστικών αλυσίδων.

 
Σε ποιο στάδιο βρίσκεται η εφαρμογή της κβαντικής υπολογιστικής στην φαρμακευτική βιομηχανία;

Σήμερα, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούνται κυρίως για ερευνητικά προβλήματα, όπως η μοντελοποίηση υλικών και χημικών αντιδράσεων. Δεν αποτελούν ακόμα καθημερινό εργαλείο για την ανακάλυψη και το σχεδιασμό φαρμάκων. Ωστόσο, υπάρχουν συνεργασίες μεταξύ φαρμακευτικών και τεχνολογικών εταιρειών για την εφαρμογή τους, εστιάζοντας αρχικά στην προσομοίωση μορίων και την βελτιστοποίηση.

 
Ποια είναι η σημασία της προσομοίωσης μορίων από τους κβαντικούς υπολογιστές;

Οι κλασικοί υπολογιστές μπορούν να κάνουν μόνο προσεγγίσεις των αλληλεπιδράσεων μορίων, ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να τις προσομοιώσουν με μεγάλη ακρίβεια. Αυτό είναι κρίσιμο για την ανάπτυξη φαρμάκων, καθώς η ακριβής πρόβλεψη της συμπεριφοράς μορίων και των αλληλεπιδράσεών τους μπορεί να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματικά και ασφαλή φάρμακα.

 
Πώς χρησιμοποιείται η κβαντική υπολογιστική στην βελτιστοποίηση στην φαρμακευτική;

Η κβαντική υπολογιστική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξεύρεση της καλύτερης λύσης σε προβλήματα που έχουν πολλές δυνατές λύσεις. Στη φαρμακευτική, αυτό μπορεί να σημαίνει τη βελτιστοποίηση της αλληλεπίδρασης ενός φαρμάκου με το στόχο του, τον προγραμματισμό κλινικών δοκιμών ή τη διαχείριση των εφοδιαστικών αλυσίδων και των πωλήσεων. Επιπλέον, μπορεί να οδηγήσει στην ίδια ανοσολογική απάντηση σε ένα εμβόλιο με χαμηλότερη δόση ή με μια σύνθεση που μπορεί να διατηρηθεί σε θερμοκρασία δωματίου.

 
Ποιες είναι οι προκλήσεις και τα εμπόδια στην εφαρμογή της κβαντικής υπολογιστικής στην φαρμακευτική;

Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές είναι επιρρεπείς σε σφάλματα και μπορούν να προσομοιώσουν μόνο απλοποιημένα μοντέλα. Υπάρχει ανάγκη για αύξηση του αριθμού των qubits για την επίλυση πιο σύνθετων προβλημάτων και για βελτίωση των μεθόδων διόρθωσης σφαλμάτων. Επιπλέον, δεν είναι ακόμη σαφές ποια προβλήματα βελτιστοποίησης μπορούν να λυθούν πιο αποτελεσματικά με κβαντικούς υπολογιστές σε σύγκριση με κλασικούς.

 
Υπάρχει σύνδεση μεταξύ κβαντικής υπολογιστικής και τεχνητής νοημοσύνης (AI);

Ναι, υπάρχουν προβλέψεις για τη σύνδεση της κβαντικής υπολογιστικής και της τεχνητής νοημοσύνης. Η κβαντική υπολογιστική μπορεί να ενισχύσει τα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης, υπερβαίνοντας τους περιορισμούς των κλασικών υπολογιστών στην επεξεργασία μεγάλων συνόλων δεδομένων ή στην εκτέλεση προσομοιώσεων, κάτι που θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την ανακάλυψη μορίων με την επιθυμητή λειτουργία.

 
Ποια είναι η τρέχουσα προοπτική για την εφαρμογή της κβαντικής υπολογιστικής στην φαρμακευτική;

Η προοπτική είναι πολλά υποσχόμενη, αλλά είναι απαραίτητο να κατανοηθούν καλά τα προβλήματα και να προετοιμαστούν κατάλληλα για την κβαντική υπολογιστική. Είμαστε ακόμα στην αρχή, αλλά η δυνατότητα της κβαντικής υπολογιστικής να φέρει επανάσταση στην ανακάλυψη φαρμάκων είναι σημαντική.

 
Πώς η κβαντική υπολογιστική βελτιώνει την ανακάλυψη φαρμάκων

Η κβαντική υπολογιστική έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει την ανακάλυψη φαρμάκων μέσω διαφόρων εφαρμογών και προσεγγίσεων.

• Μοριακές Προσομοιώσεις: Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να προσομοιώσουν μόρια και τις αλληλεπιδράσεις τους με μεγαλύτερη ακρίβεια από τους κλασικούς υπολογιστές, κάτι που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο ανάπτυξης φαρμάκων. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό επειδή οι τρέχοντες υπολογιστές μπορούν μόνο να προσεγγίσουν αυτές τις διαδικασίες. Η ακριβής πρόβλεψη της συμπεριφοράς χιλιάδων ατόμων σε ένα φάρμακο και το περιβάλλον του είναι μια σημαντική δυνατότητα.
• Βελτιστοποίηση: Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση προβλημάτων βελτιστοποίησης, όπως ο καθορισμός του πώς ένα φάρμακο αλληλεπιδρά με τον στόχο του στο σώμα. Αυτό περιλαμβάνει την εύρεση πολλαπλών λύσεων σε ένα πρόβλημα, με διαφορετικούς στόχους ή περιορισμούς, όπως η επίτευξη της ίδιας ανοσολογικής απόκρισης από ένα εμβόλιο σε χαμηλότερη δόση ή με μια φόρμουλα εμβολίου που θα μπορούσε να διατηρηθεί σε θερμοκρασία δωματίου. Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να εξετάσουν πολλές πιθανές διαμορφώσεις.
• Πρόβλεψη Δομής RNA: Εταιρείες όπως η Moderna συνεργάζονται με ερευνητικά ινστιτούτα για να χρησιμοποιήσουν κβαντικούς υπολογιστές για την πρόβλεψη του τρόπου με τον οποίο τα μόρια mRNA αναδιπλώνονται. Η δομή του RNA επηρεάζει την πρωτεϊνική σύνθεση και την έκφραση των γονιδίων, τα οποία είναι κρίσιμες πληροφορίες για τον σχεδιασμό φαρμάκων με βάση το RNA.
• Επιτάχυνση της διαδικασίας ανακάλυψης φαρμάκων: Η κβαντική υπολογιστική μπορεί να κάνει την διαδικασία παραγωγής φαρμάκων πιο γρήγορη και φθηνότερη, και να λύσει ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα της φαρμακευτικής, μειώνοντας τον χρόνο και το κόστος εύρεσης νέων φαρμάκων.
• Συνεργασίες: Φαρμακευτικές και τεχνολογικές εταιρείες συνεργάζονται για να αξιοποιήσουν την κβαντική υπολογιστική. Για παράδειγμα, η Google συνεργάζεται με τη Boehringer Ingelheim για μοριακές προσομοιώσεις, και η Johnson & Johnson συνεργάζεται με την Pasqal για προβλήματα βελτιστοποίησης.
• Συνεργασία με την Τεχνητή Νοημοσύνη: Υπάρχουν προβλέψεις ότι η συνδυασμός της κβαντικής υπολογιστικής και της τεχνητής νοημοσύνης θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντικές προόδους, ιδίως στην ανάπτυξη μορίων για την επίτευξη μιας επιθυμητής λειτουργίας.

Ωστόσο, οι κβαντικοί υπολογιστές εξακολουθούν να είναι επιρρεπείς σε σφάλματα και μπορούν να προσομοιώσουν μόνο απλοποιημένα μοντέλα, όπως και οι κλασικοί υπολογιστές. Η αύξηση του αριθμού των qubits και η διόρθωση σφαλμάτων σε αυτά τα συστήματα αποτελούν προκλήσεις.

 
Ποιες εταιρείες συνεργάζονται στην κβαντική υπολογιστική για την ανάπτυξη φαρμάκων;

Αρκετές εταιρείες συνεργάζονται στον τομέα της κβαντικής υπολογιστικής για την ανάπτυξη φαρμάκων.

• Η Google συνεργάζεται με τη γερμανική φαρμακευτική εταιρεία Boehringer Ingelheim για να χρησιμοποιήσουν την κβαντική υπολογιστική σε μοριακές προσομοιώσεις.
• Η γαλλική startup κβαντικής υπολογιστικής Pasqal συνεργάζεται με την Qubit Pharmaceuticals για την αντιμετώπιση προβλημάτων στην ανακάλυψη φαρμάκων.
• Η Johnson & Johnson συνεργάζεται με την Pasqal σε προβλήματα βελτιστοποίησης.
• Η Moderna, σε συνεργασία με την IBM Research, πειραματίζεται με τη χρήση κβαντικών υπολογιστών για να προβλέψει πώς τα μόρια mRNA αναδιπλώνονται.

Οι συνεργασίες αυτές στοχεύουν στη βελτίωση της διαδικασίας ανακάλυψης φαρμάκων μέσω της αξιοποίησης της κβαντικής υπολογιστικής σε διάφορες εφαρμογές, όπως μοριακές προσομοιώσεις, βελτιστοποίηση και πρόβλεψη δομής RNA.

Πηγή: axios.com