Wielka rewolucja w tworzeniu leków. Wszystko dzięki technologii

Jak technologie zmieniają rynek medyczny

Ale to może się zmienić, a ogromne nadzieje daje rewolucja związana z wprowadzeniem komputerów kwantowych. Dlatego z taką uwagą sektor biotechnologiczny podszedł do ogłoszonych wiosną tego roku przez zespół Hartmuta Nevena wyników prac nad procesorem Sycamore. Neven jest dyrektorem w Google i od ponad dekady pracuje nad rozwiązaniami w dziedzinie obliczeń kwantowych. Okazuje się, że jeszcze w zeszłym roku jego zespołowi udało się osiągnąć tak zwaną supremację kwantową, wykonując w ciągu 200 sekund obliczenia, które zajęłyby 10 tys. lat na konwencjonalnym komputerze. Oczywiście komputery kwantowe mają jeszcze spore problemy ze swoją stabilnością i algorytmami eliminującymi ryzyko błędów, ale ich możliwości wydają się niesamowite.

Spośród wielu gałęzi przemysłu, w których obliczenia kwantowe mogą mieć daleko idący wpływ, biotechnologia jest jedną z najbardziej obiecujących. To z jednej strony stwarza ogromną szansę dla działających na tym rynku spółek, a z drugiej jest rodzajem zagrożenia.

Obliczenia kwantowe największe zastosowanie mają na wczesnych etapach badań i rozwoju kandydatów na leki, bo mogą być potężnym narzędziem do badania złożonych systemów, takich jak fizjologia człowieka, wpływ leków na systemy biologiczne oraz żywe organizmy.

Narzędzia obliczeniowe są już teraz kluczowym elementem pozwalającym znacznie skrócić czas pracy poświęcany przez zespoły badawcze na optymalizację leków. Dzięki potężnym superkomputerom oraz procesorom dokonującym równoległych obliczeń naukowcy modelują wirtualne struktury molekularne, potrafią mapować interakcje między lekiem a jego celem terapeutycznym, symulować jego metabolizm, rozchodzenie się w organizmie. Na przykład algorytmy chemii obliczeniowej mają na celu przewidywanie, w jaki sposób potencjalna cząsteczka leku będzie wiązać się z określonymi białkami docelowymi, poprzez modelowanie energii wiązania interakcji.

Algorytmy i komputery kwantowe, a opracowanie leków

Ponieważ wiele z tych algorytmów nie skaluje się dobrze z liczbą atomów, często są one ograniczone do stosunkowo prostych struktur molekularnych. Na przykład IBM oszacował, że pełne i dokładne modelowanie energii stanu podstawowego cząsteczki penicyliny, która składa się z 41 atomów, wymagałoby klasycznego komputera z większą liczbą układów scalonych niż atomów w obserwowalnym wszechświecie.

Z tego punktu widzenia komputery kwantowe dają nieporównanie więcej możliwości. Zamiast opierać się na prostym manipulowaniu ciągami bitów (które przyjmują wartość zero lub jeden), wykorzystują one kubity (najmniejsze i niepodzielne jednostki informacji kwantowej), osiągające dowolny pośredni stan między zero lub jeden.

Daje im to przewagę nad klasycznymi komputerami w rozwiązywaniu czterech typów problemów: optymalizacji kombinatorycznej, równań różniczkowych, algebry liniowej i rozkładania na czynniki. Modelowanie penicyliny na kwantowym komputerze jest możliwe, bo są zaprojektowane w zupełnie innych sposób, pozwalając robić obliczenia podwójnie wykładniczo szybciej niż w technologii konwencjonalnej.

W efekcie dziś na przykład proces modyfikacji właściwości fizykochemicznych cząsteczek będących kandydatami na leki (przez wykluczenia potencjalnie nieaktywnych związków i wspieranie syntezy bardziej perspektywicznych związków) nadal opiera się głównie na kosztownych i czasochłonnych metodach eksperymentalnych.

Komputery w służbie zdrowia

Komputery wykorzystywane są za to do badań przesiewowych, czyli przeszukiwania dużych bibliotek związków pod kątem interesującego celu badań. Są one zwykle tańsze i szybsze niż robienie tego w laboratorium, ale użyteczność narzędzi wirtualnych zależy od ich zdolności do dokładnego przewidywania trafień, zwłaszcza w przypadku złożonych cząsteczek. Dzięki wykorzystaniu technologii kwantowej można by przekształcić wirtualne badania przesiewowe w dużo bardziej precyzyjne modelowanie interakcji lek –cel i podnieść efektywność przeglądania ogromnych bibli … czytaj dalej

Zgłoś naruszenie/Błąd