傳統(tǒng)藥物的研發(fā)相當(dāng)耗時，發(fā)現(xiàn)新的分子先導(dǎo)物的前置時間平均長達(dá)48個月。富士通希望利用量子計算的能力來加速這一進(jìn)程，并認(rèn)識到這需要與藥物行業(yè)專家合作。

通過Polaris，它將富士通的數(shù)字退火器與Polaris的量子力學(xué)和分子力學(xué)（QM/MM）模擬相結(jié)合，以擴(kuò)大可搜索化學(xué)空間的大小。?

關(guān)于客戶：Polaris是一家初創(chuàng)企業(yè)，旨在通過快速創(chuàng)建所有人類蛋白質(zhì)、疾病途徑、基因突變和病原體的藥物藍(lán)圖，促進(jìn)全球健康。該公司將量子計算、人工智能和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的力量結(jié)合在一起，研究化學(xué)空間，以創(chuàng)造針對特定蛋白質(zhì)和疾病的新型分子藥物。

挑戰(zhàn)：利用量子計算、機(jī)器學(xué)習(xí)和QM/MM加速藥物發(fā)現(xiàn)過程，以對抗疾病。
解決方案：將富士通的Digital Annealer與Polaris的化學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的平臺相結(jié)合，以加速藥物發(fā)現(xiàn)。?“我們在化學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)方面的專業(yè)知識，加上富士通的技術(shù)和經(jīng)驗，意味著我們可以迅速識別可行分子。”——Polaris創(chuàng)始人兼CEO?Shahar Keinan

揭開病毒的秘密

在2019冠狀病毒病(COVID-19)大流行期間，人們痛苦地意識到，新藥的開發(fā)不僅非常昂貴，而且非常耗時。如果新藥未能獲得政府衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的市場批準(zhǔn)，就會產(chǎn)生很高的商業(yè)風(fēng)險。如果能夠同時提高藥物研發(fā)的速度和準(zhǔn)確性，那么開發(fā)新藥物以對抗新型病毒大流行的能力就會大大提高。

致病病原體通常含有負(fù)責(zé)傳播感染的特定蛋白質(zhì)，阻斷這些蛋白質(zhì)是阻止疾病的關(guān)鍵。藥物發(fā)現(xiàn)過程的早期階段包括識別小分子，這些小分子可以通過與這些蛋白質(zhì)結(jié)合來阻止它們。

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然而，要評估的分子數(shù)量幾乎是無限的，而只有一小部分分子會與蛋白質(zhì)結(jié)合——找到正確的分子就像在整個星系中尋找一顆恒星。目前的數(shù)據(jù)庫搜索解決方案只能審查多達(dá)數(shù)千萬個分子，而現(xiàn)有的過程至少需要兩年時間。

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“傳統(tǒng)方法需要篩選數(shù)千個候選分子，以確定哪些可能適合測試，而我們可以通過采用化學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法以及量子計算等新技術(shù)，在更短的時間內(nèi)篩選數(shù)萬億分子?！盤olaris的創(chuàng)始人兼CEO Shahar Keinan解釋道，“然而，全面轉(zhuǎn)向量子計算目前還不夠成熟，因此我們需要找到具有合適能力的合作伙伴，這使我們通過Sia partners的醫(yī)療團(tuán)隊引入了富士通?！?/p>

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富士通與Sia Partners合作，利用其量子啟發(fā)的數(shù)字退火機(jī)進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用。Polaris代表了一個初創(chuàng)企業(yè)的完美例子，它提供了與富士通互補(bǔ)的技能和技術(shù)，使其中每一方都能以敏捷和高效的方式合作。

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Sia Partners高級經(jīng)理馬修·瓦林(Matthieu Vallin)表示:“就像一些更靈活的企業(yè)一樣，富士通正在改變，它不需要在企業(yè)內(nèi)部建立一切?！薄拔覀兘ㄗh富士通與合適的合作伙伴一起進(jìn)入市場，放棄自建整個業(yè)務(wù)生態(tài)的想法。與初創(chuàng)企業(yè)合作，比在公司內(nèi)部從零開始更能快速進(jìn)入新市場。”

加快了拯救生命的療法進(jìn)入市場的時間

作為新藥物發(fā)現(xiàn)平臺的第一個試點，Polaris和富士通專注于登革熱治療藥物，該疾病每年感染1億人，造成2.2萬人死亡。富士通和Polaris的解決方案在歷史上需要花費(fèi)數(shù)年的時間，現(xiàn)在只需幾天就能審查數(shù)萬億個分子，比傳統(tǒng)方式加速了10000倍，這成功將藥物開發(fā)第一階段的時間從24個月以上縮短到8個月。最近，該技術(shù)被應(yīng)用于COVID-19藥物的研發(fā)。

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富士通創(chuàng)新與醫(yī)療總監(jiān)Patrick Stephenson表示:“通過對Polaris采取開放創(chuàng)新的方式，我們已經(jīng)能夠激活現(xiàn)有的藥物研發(fā)市場，并建立基于信任的可持續(xù)合作關(guān)系?！薄案皇客ê蚉olaris之間的緊密關(guān)系和共同目標(biāo)使雙方的合作保持在正軌上——每天的虛擬會議，使雙方在交付項目成果方面保持協(xié)調(diào)一致?！?/p>

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Keinan解釋道:“我們在化學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)方面的專業(yè)知識，加上富士通在解決商業(yè)挑戰(zhàn)方面的技術(shù)和經(jīng)驗，意味著我們可以有效地加快研究進(jìn)程，更快地識別可行分子?！?/p>

利用量子啟發(fā)分析平臺來應(yīng)對復(fù)雜性

富士通的量子啟發(fā)數(shù)字退火器是藥物發(fā)現(xiàn)平臺的核心，它使用一個量子啟發(fā)的經(jīng)典數(shù)字電路架構(gòu)，來解決復(fù)雜的組合優(yōu)化問題。它比目前其他可用的替代方法快1萬倍，而且沒有目前階段的量子計算方法所需的額外復(fù)雜技術(shù)和成本。

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該平臺從一個包含數(shù)萬億個分子的虛擬數(shù)據(jù)庫中識別出可行的分子，并評估它們的質(zhì)量。利用藥物靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)信息和一套物理化學(xué)約束條件對先導(dǎo)物進(jìn)行評估。然后，利用Polaris機(jī)器學(xué)習(xí)算法對輸出進(jìn)行優(yōu)化和排序，以獲得目標(biāo)分子的物理化學(xué)性質(zhì)，并通過QM/MM模擬獲得該分子與受體蛋白的綁定親和性。在7周內(nèi)，該平臺就生成了一份最終的高質(zhì)量分子列表，優(yōu)先用于合成和體外測試。

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Keinan總結(jié)道:“我們與富士通的合作展示了下一代技術(shù)如何改變醫(yī)學(xué)等關(guān)鍵科學(xué)，提高我們消除疾病的潛力。”“我們相信，這種靈活的方法將改變我們治療疾病的方式，并導(dǎo)致根除登革熱等常見的致命病毒。通過共同努力，我們可以對人類產(chǎn)生真正積極的影響，并為更健康的社會作出貢獻(xiàn)?！?/p>

編譯：王珩

編輯：慕一