¿Pueden los ordenadores cuánticos ayudar en el desarrollo de nuevos fármacos?
Las posibilidades de esta tecnología han sido investigadas por la Universidad de Viena, Boehringer Ingelheim, BASF, Google, QC Ware y la Universidad de Toronto
Los ordenadores cuánticos tienen aplicaciones potenciales muy prometedoras. Una de ellas es la investigación y el desarrollo de nuevos fármacos asistidos por ordenador. Un equipo de la Universidad de Viena, junto con investigadores de Boehringer Ingelheim, BASF, Google, QC Ware y la Universidad de Toronto, ha analizado las posibilidades de esta tecnología en un artículo de revisión publicado en la revista Nature Physics.
"Teóricamente, los ordenadores cuánticos son capaces de predecir la estructura electrónica de cualquier molécula sin tener que utilizar aproximaciones incontrolables", afirma Leticia González, química teórica de la Universidad de Viena. "Con los ordenadores convencionales, el tiempo de cálculo aumenta exponencialmente con el número de electrones de la molécula a simular. Esto hace imposible el cálculo a partir de cierto tamaño. Los ordenadores cuánticos pueden utilizarse para superar esta barrera, es decir, en el futuro será posible modelar sustancias que los ordenadores clásicos tardarían siglos en calcular."
El trasfondo de todo esto es que una de las cuestiones clave en el desarrollo de nuevos fármacos es la interacción del medicamento con la molécula diana del organismo que influye en el proceso de la enfermedad. Las moléculas diana, conocidas como objetivos, suelen ser enzimas o receptores que interactúan con hormonas u otras sustancias mensajeras del organismo. La fuerza de la interacción, la llamada energía de enlace, es decisiva para la eficacia del fármaco. Además de los clásicos experimentos de laboratorio, hoy en día también se utilizan métodos de cálculo químico cuántico para determinar o predecir esta energía de interacción.
A pesar de los enormes avances tanto en hardware como en software, el cálculo mecánico cuántico exacto de la energía de interacción de dos moléculas en ordenadores clásicos sigue siendo un gran reto. Especialmente en el caso de sustancias que tienen uno o más átomos metálicos como componente central, la descripción exacta de las propiedades con ordenadores clásicos es casi imposible. Representantes destacados de tales compuestos son los citocromos, que desempeñan un papel importante en la cadena respiratoria, entre otras cosas. También es frecuente encontrar un átomo de metal de transición como componente crucial en determinadas terapias antitumorales.
Desde que el Premio Nobel de Física Richard Feynman sugiriera en los años 80 que los ordenadores cuánticos podrían utilizarse para simular y calcular sistemas de mecánica cuántica, se ha avanzado mucho para que algún día los ordenadores cuánticos puedan utilizarse de forma rutinaria en simulaciones físicas. Uno de los campos de aplicación más prometedores es la química cuántica, que intenta predecir la estructura y las propiedades de las moléculas sobre una base mecánica cuántica exacta.
Si un día los ordenadores cuánticos fueran capaces de hacer esto, supondría un enorme avance en el desarrollo de fármacos. Aún quedan muchos pasos por dar hasta entonces, pero la colaboración entre científicos de distintas disciplinas como farmacia, química, física e ingeniería, así como la cooperación entre universidades e industria, acelerarán enormemente la investigación de nuevos fármacos mediante ordenadores cuánticos en el futuro.
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Publicación original
Raffaele Santagati, Alan Aspuru-Guzik, Ryan Babbush, Matthias Degroote, Leticia González, Elica Kyoseva, Nikolaj Moll, Markus Oppel, Robert M. Parrish, Nicholas C. Rubin, Michael Streif, Christofer S. Tautermann, Horst Weiss, Nathan Wiebe, Clemens Utschig-Utschig; "Drug design on quantum computers"; Nature Physics, 2024-3-4
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