Le scienze quantistiche: le applicazioni farmaceutiche

Le scienze quantistiche.

Entriamo con il nuovo anno nel pieno della rivoluzione scientifica e tecnologica che prospetta l’incontro applicativo tra le nuove scienze derivanti dalla fisica quantistica e il contesto del Pharma 4.0.

I principi della meccanica quantistica e le scienze quantistiche in genere, descrivono il comportamento complesso e spesso contraddittorio di particelle subatomiche.

Dal dualismo onda-particella e dallo studio dell’interazione tra energia e materia si instaurano i principi che stanno guidando una rivoluzione nell’intelligenza artificiale.

Il campo farmaceutico è stato più volte orientato ad uno stravolgimento tecnologico: le organizzazioni regolatorie internazionali attraverso le normative e linee guida (ICH,FDA, Eudralex)  cercano di orientare sempre più la consapevolezza e la conoscenza dei processi farmaceutici invocando all’approccio scientifico e ai razionali basati sul risk-thinking. L’intelligenza artificiale applicata sembra orientarsi nel prevenire attraverso i modelli quantistici un design target specifico delle sostanze farmaceutiche di origine molecolare, biotecnologico o addirittura tissutale con le terapie avanzate.

Nascono gli array di chip chiamati “qubit” che rimodellano il mondo della ricerca farmaceutica e accelerare lo sviluppo di nuove terapie basate sulla biologia.

Il classico modello informatico su cui si basano i software che gestiscono ambienti, utilities, equipment farmaceutici ma anche i software di predizione molecolare, di chimica combinatoria per lo sviluppo e la selezione di nuove molecole si basano su un ragionamento algoritmico tra 0 e 1. I computer quantici invece si basano sull’origine vibrazionale e dualistica delle particelle predisponendo a più possibilità del binario uno-zero.

Ciò consente di memorizzare più dati ed eseguire operazioni esponenzialmente più veloci di qualsiasi sistema computerizzato classico.

Nei limiti della ricerca scientifica e dei tempi di sperimentazione applicativa sulle nuove tecnologie, non stupirebbe che la nuova intelligenza artificiale, basata sulla meccanica quantistica, possa diventare un onda d’urto di una rivoluzione dei processi farmaceutici nel prossimo decennio.

Dietro lo sviluppo di alcune delle bioterapie più innovative di oggi ricercatori utilizzano strategie come la modellazione molecolare per scoprire nuovi target di attività farmacologica e per trovare pathway che indirizzino agli effetti terapeutici desiderati in tempi più rapidi ed efficiente (rispetto ai 10 anni di sviluppo medio oggi indicati per un nuovo farmaco dalla scoperta alla disponibilità in commercio).

Uno delle principali applicazioni del calcolo quantistico potrebbe essere l’analisi rapida dei modelli dei nuovi farmaci biologici basati su macromolecole complesse che richiedono potenze di calcolo molto alte rispetto alle molecole classiche di sintesi chimica. Ciò potrebbe accelerare lo sviluppo e la consegna di farmaci biologici complessi e altamente mirati quali i salvavita e renderli disponibili a costi inferiori.

In media, può essere necessario un decennio o più per portare un nuovo farmaco dalla scoperta alla distribuzione.

I sofisticati algoritmi del calcolo quantistico potrebbero cambiare tutto questo e portare sul mercato i nuovi trattamenti innovativi di domani in modo più rapido ed efficiente che mai.

L’intelligenza artificiale (IA) consiste in un assemblaggio sinergico di strategie di ottimizzazione avanzate con ampia applicazione nella scoperta e nello sviluppo di farmaci, fornendo strumenti avanzati per promuovere l’efficacia dei costi durante l’intero ciclo di vita dei farmaci. Le attuali idee applicative promuovono anche il controllo del processo farmaceutico in Real-Time supportando il processo produttivo in continuo e l’analisi di tutte le variabili critiche di processo e di qualità del prodotto.

La tecnologia quantistica potrebbe permettere di interfacciare rapidamente tutte le informazioni dal processo, alle strutture sino alla gestione dei sistemi computerizzati in tutta la loro gerarchia funzionale (BMS, EMS, ERP, LIMS etc).

Sono in corso studi e applicativi per il campo preclinico, clinico e commerciale per permettere di razionalizzare, interpretare e analizzare a livello statistico grandi moli di dati.

Sarà estremamente interessante nei prossimi decenni fare esperienza di questa rivoluzione scientifica e si può immaginare come possa influenzare le modalità di scoperta del farmaco, di sviluppo del processo, di approccio al rischio, di validazione dei processi, qualifica degli Equipment, nuovi strumenti per il monitoraggio e l’analisi dei trend.

Bibliografia:

• 2023 Juenuary 30 Quantum computing in pharma: A multilayer embedding approach for near future applications.J Comput Chem. Róbert Izsák (1), Christoph Riplinger (2) et all.
• 2022 July 11. Toward practical quantum embedding simulation of realistic chemical systems on near-term quantum computers. Chem Sci. Weitang Li 1 (2), Zigeng Huang (1) et all.
• 2022 Artificial Intelligence and Quantum Computing as the Next Pharma Disruptors. The Royal Society of Chemistry. Tânia Cova (1), Carla Vitorino (2) et all.

Claudia Guidotti | Senior Consultant