Acelerando a descoberta de medicamentos com a computação quântica híbrida



A promessa da computação quântica é resolver problemas insolúveis. E as empresas já estão avançando com abordagens híbridas – aquelas que combinam computação clássica e quântica – para enfrentar desafios como a descoberta de medicamentos para doenças incuráveis.

Ao acelerar a simulação e modelagem de moléculas de medicamentos com computação quântica híbrida, a startup Qubit Pharmaceuticals está reduzindo significativamente o tempo e o investimento necessários para identificar tratamentos promissores em oncologia, doenças inflamatórias e antivirais.

A Qubit está construindo uma plataforma de descoberta de medicamentos usando o modelo de programação NVIDIA QODA para computadores híbridos quânticos-clássicos e o conjunto de software Atlas da startup. O Atlas cria simulações detalhadas de moléculas físicas, acelerando os cálculos por um fator de 100.000 em comparação com os métodos de pesquisa tradicionais.

Fundada em 2020, a empresa com sede em Paris e Boston é membro do NVIDIA Inception, um programa que oferece suporte, experiência e tecnologia de entrada no mercado para startups de ponta.

A Qubit possui um dos maiores supercomputadores de GPU da França para descoberta de medicamentos, alimentado por sistemas NVIDIA DGX. A startup visa que as empresas farmacêuticas comecem a testar seus primeiros candidatos a medicamentos descobertos por meio de sua pesquisa acelerada por GPU no próximo ano.

“Combinando o poder computacional da NVIDIA e o software de ponta com os recursos de simulação e modelagem molecular da Qubit, estamos confiantes em nossa capacidade de reduzir drasticamente o tempo de descoberta de medicamentos e reduzir seu custo em um fator de 10”, disse Robert Marino, presidente da Qubit Pharmaceuticals . “Esta colaboração única deve nos permitir desenvolver os primeiros algoritmos de física quântica aplicados à descoberta de drogas”.

Explorando capacidades computacionais sem precedentes

A descoberta computacional de medicamentos envolve a geração de simulações de alta resolução de possíveis moléculas de medicamentos e a previsão de quão bem essas moléculas podem se ligar a uma proteína-alvo no corpo.

Para obter resultados precisos, os pesquisadores precisam realizar uma amostragem massiva, simulando centenas de diferentes conformações – possíveis arranjos espaciais dos átomos de uma molécula. Eles também devem modelar corretamente os campos de força das moléculas, as cargas elétricas que predizem a afinidade ou como uma molécula se ligará a outra.

Essa simulação e modelagem exigem computação de alto desempenho, então a Qubit selecionou um supercomputador interno construído com sistemas NVIDIA DGX e outros servidores com aceleração NVIDIA, totalizando 200 GPUs NVIDIA Tensor Core. O supercomputador roda o software Atlas da Qubit, realizando em apenas algumas horas cálculos que levariam vários anos com métodos convencionais.

O Atlas modela a física quântica no nível microscópico para obter a máxima precisão. A equipe Qubit está adotando o NVIDIA QODA para explorar o uso híbrido de supercomputadores acelerados por GPU e computadores quânticos, onde os QPUs, ou unidades de processamento quântico, poderiam um dia acelerar os principais núcleos de software para modelagem molecular.

Usando o NVIDIA cuQuantum SDK, os desenvolvedores da Qubit podem simular circuitos quânticos, permitindo que a equipe projete algoritmos prontos para serem executados em futuros computadores quânticos.

IA para cada estágio da descoberta de medicamentos

Qubit estima que, embora os métodos de pesquisa convencionais exijam que os desenvolvedores farmacêuticos comecem sintetizando uma média de 5.000 compostos de medicamentos antes dos testes pré-clínicos para trazer um único medicamento ao mercado, uma abordagem de descoberta de medicamentos baseada em simulação pode reduzir o número para cerca de 200 – economizando centenas de milhões de dólares e anos de tempo de desenvolvimento.

O software Atlas da empresa inclui algoritmos de IA para cada estágio do ciclo de descoberta de medicamentos. Para apoiar a caracterização do alvo, onde os pesquisadores analisam uma proteína que desempenha um papel na doença, o Atlas suporta simulações de dinâmica molecular em escalas de tempo de microssegundos – ajudando os cientistas a identificar novos bolsões para moléculas de drogas se ligarem à proteína.

Durante a triagem e validação de candidatos a medicamentos, os pesquisadores podem usar modelos de IA que ajudam a restringir o campo de moléculas potenciais e gerar novos compostos. A Qubit também está desenvolvendo filtros adicionais que prevêem a drogabilidade, a segurança e a reatividade cruzada de uma molécula candidata.

Saiba mais sobre o HPC da Qubit e o software de dinâmica molecular com aceleração quântica dos cofundadores da empresa, Jean-Philip Piquemal e Louis Lagardère, por meio da NVIDIA On-Demand.

Imagem principal cortesia da Qubit Pharmaceuticals.



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