Quantum Computing in der Pharma-Branche
Beschleunigen Sie Ihre F&E-Aktivitäten mithilfe von Advanced Computing
Das Healthcare-Team von Alcimed befasst sich seit vielen Jahren mit den Möglichkeiten, welche die Digitalisierung der F&E-Aktivitäten in der Pharmaindustrie bietet. Heute sind die Herausforderungen, die mit dem Advanced Computing und insbesondere dem Quantencomputing in der F&E verbunden sind, ganz neue Themen, die es zu erforschen gilt. Unsere Teams sind in der Lage, unsere Kunden bei der Antizipation von Umwälzungen und Veränderungen in ihren Aktivitäten zu begleiten.
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Herausforderungen im Zusammenhang mit Quantum Computing in der Pharma-Industrie
In der pharmazeutischen Industrie ist das Thema fortgeschrittene Datenverarbeitung in F&E bereits eine Realität, denn Computerwerkzeuge sind Schlüsselelemente für die Entdeckung und Entwicklung neuer Arzneimittel, sei es bei der In-silico-Modellierung molekularer Strukturen, der Modellierung von Wechselwirkungen zwischen einem Arzneimittel und seinem Ziel, der Simulation des Stoffwechsels, der Vorhersage von Reaktionen usw. Allerdings sind diese Modelle immer noch auf molekulare Strukturen oder relativ einfache Wechselwirkungen beschränkt.
Die Nutzung von Quantencomputern und Qubits in F&E geht dagegen einen Schritt weiter. Mehrere Branchen werden in den kommenden Jahren von den Fortschritten im Quantum Computing profitieren, wobei die pharmazeutische Industrie wahrscheinlich den größten Nutzen daraus ziehen wird. Es wird erwartet, dass die Technologie die frühen Phasen der pharmazeutischen F&E in den kommenden Jahrzehnten verändern wird, je nachdem, wie die Unternehmen sie am besten nutzen. Die Technologie befindet sich noch in der Entwicklungsphase und erreicht allmählich eine Reifephase, bevor sie kommerziell genutzt werden kann und Unternehmen von auf Qubits basierten Quantencomputern profitieren.
Das Quantencomputing wird es ermöglichen können, bestimmte Herausforderungen in der Pharmaindustrie zu bewältigen. Das Thema wird aber auch neue Probleme schaffen, insbesondere bei der Entdeckung und Entwicklung von Medikamenten.
Zu den Herausforderungen des Advanced Computing in der pharmazeutischen F&E gehören:
Die Entwicklungszeit eines Medikaments von der Entdeckung bis zur Markteinführung ist für die Pharmaunternehmen ein sehr teurer Prozess, der in der Regel mit über 1 Mrd. USD für ein Medikament veranschlagt wird, wobei die Erfolgsquote zwischen dem Eintritt in die klinische Entwicklungsphase und der Markteinführung bei weniger als 10 % liegt. Die Rentabilität von F&E-Investitionen hängt daher heute von einer Handvoll erfolgreicher Medikamente ab. Fortgeschrittenes Computing in F&E könnte diese Kosten drastisch senken. Durch eine präzise Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Wirkstoff und Zielorgan und ein effizienteres Screening sehr großer virtueller Bibliotheken könnte das moderne Computing die Synthese neuer Wirkstoffe effektiver steuern und den Bedarf an besonders teuren In-vitro-Tests verringern.
Wie wird ein Advanced-Computing-System in den F&E-Prozessen des Unternehmens eingerichtet? Was sind die besten Praktiken von Pharmaunternehmen, die diese neuen Methoden bereits getestet haben?
Von der Entdeckung bis zur Markteinführung eines Medikaments vergehen mehr als 10 Jahre. Das Quantencomputing könnte die Entwicklungszeit eines Medikaments drastisch verkürzen und damit die Markteinführung neuer Medikamente beschleunigen. Ebenso würde es diese Technologie erleichtern, bereits zugelassene Medikamente für neue Anwendungen zu nutzen. Das Quantum Computing ermöglicht es, Hunderte von Millionen von Vergleichen komplexer Moleküle gleichzeitig durchzuführen: Die Entsprechungen zwischen den Molekülen werden untersucht, und die positiven sowie negativen Auswirkungen eines neuen therapeutischen Ansatzes können vorhergesagt werden. Sowohl die Entwicklungszeit als auch die Ergebnisse werden verbessert.
Welches werden die ersten therapeutischen Bereiche sein, die von der Beschleunigung des Prozesses der Arzneimittelentdeckung profitieren?
Die Integration der fortgeschrittenen Datenverarbeitung durch Quantencomputer in die pharmazeutische Industrie erfordert den Aufbau einer neuen Organisation. Neue Fähigkeiten und ein neuer Bedarf an hochqualifiziertem wissenschaftlichem Personal und Technikern werden unerlässlich sein. Diese Fähigkeiten sind derzeit jedoch rar, und das gilt umso mehr in Bezug auf das Quantencomputing. Die ersten Firmen, die sich in diesem Feld positionieren, könnten somit einen erheblichen Kompetenzvorsprung gegenüber ihren Konkurrenten erlangen. Darüber hinaus müssen die Pharmaunternehmen heute mit neuen Forschungspartnern und neuen industriellen Akteuren (in den Bereichen Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen usw.) zusammenarbeiten. Die Agilität der eingesetzten Arbeitsmethoden wird der Schlüssel sein, um vielversprechende therapeutische Kandidaten schneller und effizienter zu testen.
Welche neue Organisation sollte ich in meinem Unternehmen einführen? Welche neuen Profile sollten wir einstellen?
Um die Quantencomputertechnologie für die pharmazeutische F&E nutzbar zu machen, ist die Entwicklung einer geeigneten Software und eines Algorithmus erforderlich. Die Software und der Algorithmus des traditionellen Computings funktionieren nämlich nicht auf dieselbe Weise. Daher drängen neue Akteure wie Rahko, ProteinQure, GTN Ltd, Menten AI usw. auf den spezialisierten Markt für Quantencomputer für die Arzneimittelforschung. Alteingesessene IT-Unternehmen wie Google, IBM und Honeywell investieren ebenfalls in den Forschungs- und Entwicklungsmarkt für Quantencomputer, und neue Firmen wie D-Wave, Rigetti und Xanadu Quantum Technologies treten in den Markt für Quantencomputer ein. Alle diese Firmen sind potenzielle Partner für die Pharmaindustrie.
Wird die Einführung des Quantencomputings neuen Akteuren außerhalb der Pharmaindustrie ermöglichen, sich auf dem Markt der Arzneimittelforschung zu positionieren?
Advanced Computing in F&E ist in der Pharmaindustrie bereits Realität, und Quantum Computing scheint für die pharmazeutische F&E sehr vielversprechend zu sein. Obwohl die Technologie noch nicht ganz ausgereift ist, haben sich einige Pharmaunternehmen bereits positioniert.
- So arbeitet Biogen beispielsweise mit dem Quantencomputing-Softwareunternehmen 1QBit sowie mit Accenture Labs zusammen, um eine Anwendung zur Beschleunigung der Arzneimittelforschung zu entwickeln.
- Boehringer Ingelheim ist das erste Pharmaunternehmen, das Anfang 2021 eine Partnerschaft mit Google Quantum AI eingegangen ist, um Anwendungen zur Simulation der Molekulardynamik zu entwickeln.
- Roche arbeitet mit Cambridge Quantum Computing, einer Firma für Quantensoftware, an der Entwicklung von Forschungs- und Entwicklungsalgorithmen, insbesondere für die Erforschung der Alzheimer-Krankheit.
- BMS leistete eine Vorauszahlung in Höhe von 50 Mio. USD an Exscientia, um die 2019 begonnene Zusammenarbeit mit Celgene zu erweitern, die darauf abzielt, die Entdeckung von Arzneimittelkandidaten in sieben Therapiebereichen zu beschleunigen, und die letztlich bis zu 1,2 Mrd. USD einbringen könnte.
Wie wir Sie bei Ihren Projekten zu Quantum Computing in der Pharma-Industrie begleiten
Alcimed begleitet seit mehr als 25 Jahren technologische Innovationen und unterstützt seine Kunden bei den Themen Advanced und Quantum Computing in F&E. Wir begleiten bereits mehrere Akteure in der pharmazeutischen Industrie bei der Digitalisierung ihrer F&E, indem wir Tools und In-Silico-Experimente einsetzen.
Beispiele aktueller Projekte zu Quantum Computing in der Pharma-Industrie, die wir für unsere Kunden durchgeführt haben
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Weiterführende Informationen
Alcimed wurde 1993 gegründet und ist ein Beratungsunternehmen für Innovation und die Erschließung neuer Märkte, das sich auf innovative Sektoren spezialisiert hat: Life Sciences (Gesundheitswesen, Biotechnologie, Agrarwirtschaft und Ernährungswirtschaft), Energie, Umwelt, Mobilität, Chemie, Werkstoffe, Kosmetik, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung.
Unsere Berufung? Wir begleiten private und öffentliche Entscheidungsträger bei der Erkundung und Entwicklung ihrer unerforschten Gebiete: neue Technologien, neue Angebote, neue geografische Räume, Zukunftsperspektiven und neue Innovationswege.
Unser Team besteht aus 220 hochqualifizierten, multikulturellen und leidenschaftlichen Entdeckern, die in acht Büros weltweit (in Frankreich, Europa, Singapur und den Vereinigten Staaten) tätig sind und eine duale Expertise aus Wissenschaft/Technologie und Wirtschaft mitbringen.
Unser Traum? Ein Team von 1.000 Entdeckern aufzubauen, um gemeinsam mit unseren Kunden die Welt von morgen zu gestalten.
Advanced Computing in F&E ist ein Oberbegriff, der sich auf die Nutzung der hohen Rechenleistung bestimmter Arten von High-End-Computern und der von ihnen durchgeführten Prozesse für Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten, insbesondere in der Pharmaindustrie, bezieht.
Quantencomputing umfasst in der Pharma-Industrie insbesondere den Einsatz von Quantencomputern in der Forschung und Entwicklung. Beim Quantencomputing werden im Algorithmus Quantensysteme, so genannte „Qubits“, verwendet. Diese können nicht-binäre Werte haben – im Gegensatz zum klassischen Computing, das nur Bits mit den Werten 0 oder 1 verwendet. Qubits können sich gegenseitig überlappen und als Gruppe agieren. Das Ergebnis ist eine wesentlich höhere Leistung als die herkömmlicher Computer und beschleunigt die Entscheidungsfindung und die Berechnungen, da mehrere Optionen gleichzeitig berücksichtigt werden, anstatt sie einzeln zu betrachten. Quantencomputer könnten daher Berechnungen in Sekundenschnelle lösen, während herkömmliche Computer für dieselbe Aufgabe mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte benötigen würden. So können Quantencomputer beispielsweise sehr komplexe Systeme wie das menschliche biologische System und seine Reaktionen auf Medikamente untersuchen.
Quantum Computing birgt ein großes Potenzial für die Lösung einiger Herausforderungen in der Arzneimittelentdeckung sowie in der präklinischen und klinischen Forschung und Entwicklung. Zu den verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten gehören zum Beispiel:
- Identifizierung und Validierung von Zielmolekülen: um unbekannte Verbindungen zwischen Zellen zu erforschen und unbekannte Krankheitsmechanismen zu verstehen;
- qualitativ hochwertige Modellierung: schnellere Identifizierung und Validierung von Zielmolekülen, Verstehen von Target-Target-Interaktionen und präzise Vorhersage von Target-Ligand-Interaktionen;
- Screening von Molekülbibliotheken: Beschleunigung und Optimierung der Generierung von Leitstrukturen von kleinen bis sehr großen Molekülen;
- Wiederverwendung von Arzneimitteln: schnellere Umstellung von zugelassenen Arzneimitteln auf neue Indikationen;
- Abschaffung von Tierversuchen: Nachahmung von Tiermodellen durch In-silico-Simulationen und Organoide;
- Digitale Zwillinge: um Patienten durch Simulationen zu ersetzen und das Ansprechen auf Behandlungen zu bewerten;
- Präzisionsmedizin: Verbesserung der Musterkennung und De-novo-Strukturvorhersagen;
- Verbesserte RWE: schnellere und bessere Analyse von Real-World Data (RWD) zur Optimierung der Real-World Evidence (RWE);
- es wird erwartet, dass die langfristige Integration von Quantum Computing die pharmazeutische Forschung und Entwicklung revolutionieren wird, indem sie Effizienz und Innovationen in der gesamten Arzneimittelentwicklung fördert.