«Квантовые вычисления с их превосходящими вычислительными возможностями по сравнению с классическими подходами могут произвести революцию во многих научных областях, включая фармацевтическую промышленность», — пишет команда.
Существующие классические методы вычислительной химии неточны, и их стоимость увеличивается по мере роста масштаба вычислений, говорят исследователи.
«Однако в нынешних условиях участие квантовых вычислений в открытии лекарств в основном ограничивается проверкой концепции с минимальной интеграцией в реальный дизайн лекарств», — заявили в команде.
В ответ на это команда разработала гибридный конвейер квантовых вычислений для открытия реальных лекарств, который они смогли проверить, используя два тематических исследования реальных проблем разработки лекарств.
«Наши результаты демонстрируют потенциал конвейера квантовых вычислений для интеграции в реальные рабочие процессы разработки лекарств», — сказали исследователи.
Команда стремилась выполнить две важные задачи в открытии лекарств: определить энергию, необходимую для расщепления или разрыва связей в пролекарстве (лекарстве, которое в организме переходит из неактивного в активное) и смоделировать ковалентные связи, химическую связь, в которой атомы разделяют электроны.
Одна из стратегий активации этих препаратов — разрыв углерод-углеродных связей. По мнению команды, расчет энергетического барьера для разрыва этих связей имеет «решающее значение», поскольку определяет, может ли это произойти спонтанно в организме.
Они сравнили результаты своих вычислений с результатами работы 2022 года, в которой наряду с лабораторными экспериментами использовались классические вычислительные методы для определения энергетического барьера.
Анализ с использованием квантового компьютера согласуется с предыдущим исследованием: оба анализа показали, что препарат может подвергаться спонтанной реакции внутри биологических организмов.
«Наши результаты демонстрируют эффективность квантовых вычислений… а также универсальность и преимущества нашего конвейера по принципу «подключи и работай», — пишут исследователи.
Во втором тематическом исследовании команда попыталась определить активность другого противоракового препарата, соторасиба, известного как ингибитор KRAS (саркома крысы Кирстен), который ингибирует специфическую мутацию в гене KRAS, G12C.
Найти лекарство против мутаций этого онкогена оказалось непросто, поскольку для его ингибирования он должен образовать ковалентную связь с мишенью.
01:50
Китайские исследователи объявляют о прорыве в интерфейсе «мозг-компьютер», используя сигналы мозга обезьяны
Китайские исследователи объявляют о прорыве в интерфейсе «мозг-компьютер», используя сигналы мозга обезьяны
Квантовая механика и моделирование молекулярной механики, необходимые для проверки лекарств после их разработки, использовались для изучения взаимодействия между лекарством и его мишенью. Команда использовала гибридный метод вычислений, то есть они начали с квантового эмулятора, а затем перешли на квантовый компьютер.
После проверки гибридных квантовых вычислений соторасиба и целевой мутации команда заметила, что между ними образовалась прочная ковалентная связь, которая может дать представление об эффективности препарата.
«Это понимание важно для рационального проектирования будущих ингибиторов, нацеленных на подобные мутации», — заявили исследователи, добавив, что оно будет способствовать будущим достижениям в скорости и точности открытия лекарств с использованием квантовых вычислений.
«В этом исследовании мы создали модельный конвейер, который позволяет квантовым компьютерам решать реальные проблемы открытия лекарств», — сказали они.
«Универсальность нашего конвейера подчеркивает его потенциал как основополагающего инструмента, предоставляющего исследователям готовый к использованию вычислительный ресурс. »
Они сказали, что им могут воспользоваться даже эксперты по разработке лекарств, не имеющие опыта работы с квантовыми компьютерами.
Они также заявили, что необходимы дополнительные усилия для повышения точности методов квантовых вычислений, используемых при открытии лекарств. Одной из проблем являются текущие ограничения квантовых компьютеров, такие как длительное время вычислений и ошибки.
