首例！量子AI研发癌症药物，揭秘新一代“医疗利器”的诞生→

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光子盒科研院Zapata AI，一家工业人工智能行业的领先公司，宣布与Insilico Medicine、多伦多大学和圣犹达儿童科研医院合作，首次证明在量子硬件上运行的生成模型在研发有效的癌症治疗候选药品方面，超越了当前最先进的传统模型。此项科研突显了利用当前量子设备进行混合量子生成式人工智能药品发现的巨大潜能。这项科研日前发布在ArXiv上，等待同行评审论文链接：https://arxiv.org/abs/2402.08210在该科研中，科研团队利用生成式人工智能技术研发出了新型的KRAS控制剂。KRAS因其繁杂的生化属性，在癌症治疗行业长时间被视为难以解决的目的。科研人员在传统硬件、量子硬件（尤其是一台16量子比特的IBM设备）以及模拟量子硬件上运行的生成模型，生成为了一百万个候选药品，随后经过算法和人工评定进行了筛选。最后，专家合成并经过细胞实验测试了15种分子。其中两种由量子加强生成模型产生的分子与现有的KRAS控制剂在结构上截然不同，并表示出比纯传统模型产生的分子更高的结合亲和力。用于研发KRAS配体的量子-经典混合框架示意图用于药品发掘应用的量子加强生成模型量子配体设计办法与经典配体设计办法的基准比较该科研运用了Zapata AI机构的Orquestra®平台上的QML Suite Python软件包，该软件包可经过以下链接拜访：https://docs.orquestra.io/docs/qml-core/index.htmlZapata AI机构的首席技术官兼联合创始人Yudong Cao对该项目暗示兴奋：“这个项目激动人心地展示了量子计算和传统计算怎样互补，一起供给端到端的处理方法。咱们期待着进一步推进这项科研，推动所发掘的分子经过药品发掘流程，将咱们的办法应用于其他疾患靶点，并将咱们的量子加强型生成式人工智能技术扩展到面临繁杂设计挑战的其他行业应用中。”此项科研承接了该团队与富士康在2023年联合发布的科研，为量子生成式人工智能在药品研发行业揭开了新篇章。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jcim.3c00562这里之前，Zapata AI还曾宣布与D-Wave Quantum创立战略伙伴关系，旨在首要利用量子生成式人工智能模型加速商场应用中新分子的探索。当时，Zapata AI的首席执行官及联合创始人克里斯托弗·萨沃伊（Christopher Savoie）充满期待地暗示：“这是历史上首次，咱们经过量子加强的人工智能技术成功生成为了拥有实质潜能的药品先导分子。更要紧的是，这只是一个起始。”萨沃伊进一步强调：“思虑到Zapata的生成式人工智能技术与D-Wave的量子退火计算技术在商场行业的成熟度，咱们期待能够快速推动这些技术进入市场。”“咱们期望经过扩大这项科研，不仅为药品开发，亦为其他行业应用开辟新分子的发掘之路。”在1971年，理查德-尼克松总统雄心勃勃地对癌症宣战，承诺利用现代医学的进步来终结这一人类劫难。然而，经太多年的奋斗和科研，结果却是癌症似乎占据了上风。尽管手术、化学疗法和放射疗法在抗癌斗争中取得了发展，但癌症的死亡率仍然居高不下。在美国，癌症作为了仅次于心血管疾患的第二大致命疾患。到2018年，全世界因癌症而死亡的人数达到了950万。挑战癌症的基本困难在于，长时间败兴科学界针对癌症的本质理解不足。关于这个致命疾患是不是由单一原因诱发，或是多种原因如膳食、污染、遗传、病毒、辐射和吸烟等繁杂原因一起功效的结果，曾诱发广泛争议。随着遗传学和生物技术的突飞猛进，咱们逐渐揭开了癌症的真面目。基本上来讲，癌症是一种与咱们的基因紧密关联的疾患，尽管环境原因和不幸的偶然亦能触发。实质上，癌症并非单一的疾患，而是基因突变的繁杂集合，引起健康细胞反常增殖并最后危及生命。癌症的广泛性贯穿历史和物种。从古代木乃伊到现代人类，从人到动物，癌症没处不在，作为繁杂生命存在代价的一部分。生命的繁杂性需求亿万细胞协同进行繁杂的化学反应，其中有些细胞的死亡和新细胞的生成是必要的，以支持生长和生长。然而，当这一死亡过程显现错误，细胞没法停止繁殖，形成不死的癌细胞，它们不受掌控地生长，形成肿瘤，最后摧毁生命。简而言之，癌细胞是失去了死亡能力的正常细胞。癌症的发展一般必须数年乃至数十年，累积的基因突变最后引起细胞失去控制增殖。但癌症为么在进化过程中未被自然选取淘汰？重点由于癌症大多在生育期后才显现，对进化的影响较小。进化本质上是自然选取和随机机会的结果，而生命的分子机制虽然令人赞叹，但亦是经历亿年试错的随机产物。因此呢，咱们不可期待身体能完美抵御所有疾患。量子技术的崛起为癌症科研供给了新的期盼。量子计算机，凭借其处理繁杂问题的能力，为咱们在理解癌症的遗传繁杂性和筛选治疗方法上开辟了新天地，尤其适合处理癌症这类多变的疾患，为咱们供给了全新的战斗平台，以对抗癌症及其他一系列难治疾患。怎样判断自己是不是病患癌症？遗憾的是，咱们常常在癌症发展到较晚周期才可察觉到。癌症的初期征兆一般隐匿而很难被发掘。例如，肿瘤形成初期，身体可能已然有数十亿个癌细胞在繁殖。一旦确诊为恶性肿瘤，大夫一般会快速意见手术、放疗或化疗。但在某些状况下，这般的干涉可能为时已晚。那样，倘若咱们能够在肿瘤形成之前就检测到反常细胞，从而有效阻止癌症的扩散呢？在这一行业，量子计算机有望发挥重要功效。日前，经过液体活检技术，我们已能检测出超过50种不同类型的癌症。简单的常规体检可能最后能够提前数年发掘潜在的致命癌症。展望将来，乃至家中的马桶都可能作为检测癌症的前哨站，能够敏锐地识别循环于体液中的癌细胞、酶和基因标记，使癌症再也不比普通感冒更致命。每次如厕，你都有机会进行癌症筛查，智能马桶或许作为咱们防御癌症的第1道防线。尽管数以万计的不同基因突变可能引起癌症的出现，但量子计算机具备学习识别这些突变的潜能，使得一次简单的血液检测就可能诊断出多种潜在癌症。咱们的基因组可能每日或每周被读取一次，并由远程量子计算机扫描，寻找有害突变的迹象。虽然这并不可治愈癌症，但足以阻止其扩散，将癌症的威胁降至与普通感冒相当。许多人问：“为什么咱们不可治愈普通感冒？”实质上，因为存在300多种持续变异的病毒，开发针对每一种的疫苗并不现实，咱们只能学会与之共存。这或许预示着癌症科研的将来方向。癌症最后可能被视为一种可管理的病症，而非致命判决。鉴于癌症基因的繁多，为每一个基因设计特定治疗方法可能不现实。但倘若咱们能利用量子计算机在癌细胞大规模扩散前几年，当它们仍然只是由于数百个细胞构成的微小群体时进行检测，咱们就有可能阻止它们的进一步发展。换言之，将来咱们或许总会遇到癌症，但仅有在极少许状况下，癌症才会作为致命的威胁。另一个探测初期癌症的办法可能触及运用传感器来识别癌细胞释放的微弱气味。将来，你的手机上可能装有能够捉捕这些气味的附件，并与云端的量子计算机相连，这不仅能帮忙你抵御癌症，还能辅助预防其他多种疾患。量子计算机将分析全国数百万个“设备人鼻子”的数据，从而有效预防癌症的出现。气味分析已被证明是一种有效的诊断技术。例如，机场运用经过训练的狗来检测冠状病毒，这种办法比通常的病毒PCR检测更快、更准确。这种技术尽管仍处在实验周期，但将来可能像手机摄像头同样普及。赫尔辛基机场和其他地区已然运用这种办法对旅客进行筛查因为数亿智能手机和传感器可能产生的海量数据，仅有量子计算机才可有效处理这些信息。这些超级计算机利用人工智能分析数据，可能在肿瘤形成前数年就发掘癌症迹象。但因为该技术仍处在实验周期，分析一份尿液样本是不是含有癌症必须花费约1000美元。因为数亿智能手机和传感器可能产生的海量数据，仅有量子计算机才可有效处理这些信息。这些超级计算机利用人工智能分析数据，可能在肿瘤形成前数年就发掘癌症迹象。将来，多种办法可能没声没息地、况且毫不费力地揭示癌症的初期迹象，液体活检和气味探测技术或许能将数据直接发送至量子计算机，以识别多种癌症类型。最后，“肿瘤”一词可能会从咱们的平常语言中消失，正如咱们再也不讨论“放血”或“水蛭治疗”同样。但倘若癌症已然形成，量子计算机的介入又将怎样助力咱们治愈这一顽疾？随着科技的进步，量子计算能力的提高有望为癌症治疗带来革命性的突破，为咱们供给更加精确和有效的治疗方法。日前，当癌症被诊断出来时，存在三种主流治疗办法：外科手术（切除肿瘤）、放疗（运用X射线或粒子束来摧毁癌细胞）以及化疗（运用化学物质毒杀癌细胞）。然而，随着基因工程技术的发展，免疫疗法做为一种创新的治疗手段正日益受到关注。免疫疗法的核心在于激活和加强人体自己的免疫系统，以识别并攻击癌细胞。虽然癌细胞善于逃避免疫系统的侦测，免疫疗法旨在经过技术手段提高免疫系统对癌细胞的识别能力。一种有效的策略是经过对癌细胞的基因组进行测序，精确认识癌症的类型和发展，再利用经过改造的病毒将癌症的遗传信息移植到从病人血液中提取的白细胞中。这些经过重新编程的白细胞被注射回病人身体，从而能够识别并攻击癌细胞。这种办法已然在治疗多种癌症（膀胱癌、脑癌、乳腺癌、宫颈癌......），包含有些难以治愈的晚期癌症中表示出潜能，为某些本来没望的病例带来了期盼。然而，这种疗法并非适用于所有类型的癌症，且由于触及到人为修改白细胞的遗传信息，有时会诱发不完美的变化，可能引起副功效，乃至在某些状况下，这些副功效可能是致命的。量子计算技术的发展有望进一步完善免疫疗法。量子计算机经过分析海量数据，有潜能精确识别每一个癌细胞的遗传特征，从而优化治疗方法。经过定时分析个体的体液和基因组，与已知的癌症基因进行比较，量子计算能够助力于初期诊断和个性化治疗计划的制定，期盼最后能明显降低癌症的威胁。经过对每一个人的体液进行分析，每一个人的基因组都将被没声、有效地读取，每月读取数次；她们的全部基因组将被测序，计算机将为每人编目约2万个基因。而后将这些基因与已知的数千种可能的癌症基因进行比较。要分析如此海量的原始数据，必须庞大的量子计算机基本设备。但这般做的好处是巨大的：能够减少这种可怕的杀手。免疫系统的繁杂性和其识别抗原的能力始终是生物学的要紧科研行业。经过进化，人体已然发展出一套繁杂的机制来识别和消灭入侵的抗原。然而，有时这个系统会出错，引起自己免疫性疾患或没法识别和攻击癌细胞。识别危险抗原的全部过程纯粹是一个量子力学过程。传统的数字计算机没法重现免疫系统正常工作时必要在分子水平上出现的一系列繁杂事件。量子计算供给了一个全新的视角，可能帮忙咱们深入理解免疫系统的工作原理，并研发出更有效的治疗办法来对抗癌症等疾患。量子计算机与CRISPR技术的结合，有望极重加强治疗遗传疾患的能力。量子计算机经过其强大的数据处理能力，能够精确识别并分析繁杂的遗传疾患，而CRISPR技术则供给了一种创新的手段，准许专家在基因层面进行“剪切”和“粘贴”，直接修复或修改疾患关联的基因。自20世纪80年代败兴，基因治疗的概念——经过修复损坏的基因来治疗疾患，就已激发了人们的极重兴趣。随着最少1万种已知遗传疾患的存在，专家们始终梦想着能够改写生命的基本代码，从而纠正自然界的缺陷，乃至提高人类的健康和智力。初期的基因治疗科研尝试着处理由单个或少许几个基因错误导致的遗传性疾患，如镰状细胞性贫血（许多非裔美国人患病）、囊性纤维化（许多北欧人患病）和泰-萨克斯病（阿什肯纳兹犹太人患病）等。这些疾患的治疗策略包含将修复基因经过改造后的没害病毒携带，注入病人身体，类似于免疫疗法的办法。这些基因工程实验是以类似于免疫疗法的方式进行的。首要，将所需基因移植一种没害的病毒中，并对其进行改造，使其没法攻击宿主。而后将病毒注射到病人身体，这般病人就感染了所需的基因。不幸的是，并发症火速就显现了。例如，人体常常会将病毒视为异物并对其进行攻击，从而给病人带来不必要的副功效。1999年，一名病人在一次实验后死亡，使许多人对基因疗法的期盼破灭了。资金起始枯竭、科研计划大幅缩减、实验被重新审查或停止。但随着对CRISPR技术的发掘和发展，状况起始出现变化。科研人员发掘，细菌经过一种精巧的机制来防御病毒攻击，即经过CRISPR系统精确地切割入侵病毒的DNA。这一发掘促成为了CRISPR技术的研发，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因此呢得到了2020年的诺贝尔奖，以表彰她们在这一行业的贡献。将来，利用基因治疗和CRISPR技术的进步，人们或许能够经过免疫疗法和量子计算机修复基因中的拼写错误，从而治愈多种癌症，同期减少致命的副功效。下面列出了有些CRISPR有期盼治疗的遗传疾患：1）癌症在宾夕法尼亚大学，专家们利用 CRISPR 技术移除了让癌细胞躲避人体免疫系统的三个基因。而后，她们又添加了另一个能够帮忙免疫系统识别肿瘤的基因。专家们发掘，这种办法虽然没效，但很安全，即运用于晚期癌症病人亦是如此。另外，瑞士-美国生物技术机构CRISPR Therapeutics AG 正在对130名血癌病人进行实验。这些病人正在接受免疫疗法的治疗，该疗法利用CRISPR修改病人的DNA。2）镰状细胞性贫血CRISPR Therapeutics机构还从镰状细胞性贫血病人身上采集骨髓干细胞。而后，该机构正在改变这些细胞，使其产生胎儿血红蛋白。而后将这些经过处理的细胞移植人体。3）艾滋病因为CCR5基因突变，少许人天生就对艾滋病病毒有免疫力。正常状况下，该基因产生的蛋白质会为艾滋病病毒进入细胞创造一个入口。然而，在这些罕见的个体中，CCRS基因出现了突变，因此呢艾滋病病毒没法侵入细胞。针对无出现这种突变的人，专家们正在利用CRISPR技术有认识地编辑CCRS基因中的突变，使病毒没法再进入她们的细胞。4）囊性纤维化囊性纤维化是一种影响呼气系统和胃肠道系统的较平常疾患，病人很少能活过40岁。它是由于CFTR基因突变导致的。荷兰的大夫利用CRISPR技术修复了这种基因，况且不会产生副功效。马萨诸塞州的生物技术机构Editas Medicine Inc.、Beam Therapeutics以及CRISPR Therapeutics等其他集团亦在计划利用CRISPR治疗囊性纤维化。5）亨廷顿氏病这种遗传病一般会引起痴傻、精神疾患、认知阻碍和其他衰弱症状。据述，1692年塞勒姆女巫审判中受到迫害的有些女性就身患这种疾患。这种疾患是DNA中亨廷顿基因重复的结果。费城儿童医院的专家们正在利用CRISPR治疗这种疾患。然而，面对如此庞大和繁杂的遗传信息，传统计算能力难以胜任。量子计算机以其超越传统计算机的处理能力，作为处理这一挑战的重要。经过分析海量遗传数据，量子计算机有潜能揭示繁杂疾患的遗传机制，为CRISPR技术供给精确的编辑目的。总之，量子计算机或将作为抗癌科研的利器。经过其强大的数据处理能力，有朝一日可能实此刻癌症形成的初期，乃至是数年或数十年之前，经过液体活检技术检测出癌细胞的微小迹象。想象一下，在咱们的浴室里，量子计算机能够扫描并分析全部人群，捉捕到癌症的最初信号，并构建起一个庞大的国家级基因组数据库。倘若癌症确实发展成型，量子计算机的介入还可能革新咱们的免疫系统，赋予其对抗数百种癌症的能力。结合基因疗法、免疫疗法、量子计算以及CRISPR技术，咱们有可能在分子层面上精确地编辑癌症基因，既能有效治疗癌症，又能大幅降低免疫疗法的罕见但可能致命的副功效。科研显示，可能仅有少许重要基因，如p53，与大都数癌症的形成相关。经过量子计算机供给的深入见解与基因疗法的结合，咱们或许能在根源上阻止癌症的出现。虽然癌症的形成路径多种多样，咱们可能仍旧会面临有些癌症的威胁，但将来对待癌症的态度或许会像对待普通感冒同样——视其为一种可预防且易于管理的病症。更为激动人心的是，人工智能与量子计算的结合为咱们供给了新的防御线——能够设计出形成咱们身体的蛋白质。这种技术的融合，有潜能不仅治愈当前的不治之症，还能重塑生命本身。参考链接：[1]https://www.businesswire.com/news/home/20240220020899/en/For-the-First-Time-Quantum-Enhanced-Generative-AI-Generates-Viable-Cancer-Drug-Candidates[2]https://thequantuminsider.com/2024/02/20/quantum-enhanced-generative-ai-generates-viable-cancer-drug-candidates/[3]https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/prize-announcement/[4]https://www.noemamag.com/quantum-computing-could-make-cancer-more-like-the-common-cold/关联阅读：中科大杜江峰团队将金刚石量子传感器用于癌症诊断日本量子科研团队提出新的癌症疗法量子计算用于探索癌症个性化治疗量子设备学习将首次用于癌症治疗！CQC再下一城是时候实现医疗量子化了——#光子盒视频号开通啦！你要的，这儿全都有#每周一到周五，咱们都将与光子盒的新老伴侣相聚在微X视频号，不见不散！你可能会错失：

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