Prispôsobenie liečby rakoviny kvantovým výpočtom

Zdravotné záznamy pacientov s rakovinou môžu často obsahovať až 100 terabajtov individuálnych – a zvyčajne veľmi heterogénnych – údajov, vrátane hodnôt krvi a nádoru, osobných indikátorov, údajov o sekvenovaní a liečbe a oveľa viac. Doteraz bolo prakticky nemožné efektívne využívať toto množstvo informácií kvôli nedostatku vhodných mechanizmov spracovania. Výsledkom je, že možnosť použitia sľubných personalizovaných liečebných prístupov zostáva pre mnohé typy rakoviny čisto teoretická a pacienti stále dostávajú štandardnú liečbu.

Nemecké centrum pre výskum rakoviny (DKFZ) v Heidelbergu teraz plánuje využiť kvantové počítače na podporu výskumu v tejto oblasti. Ako uviedol hovorí Dr. Niels Halama, vedúci oddelenia translačnej imunoterapie v Nemeckom centre pre výskum rakoviny (DKFZ) a vedúci lekár v Nemeckom národnom centre pre nádorové choroby: „Chceme preskúmať, ako môžeme tieto heterogénne údaje systematicky spracovávať a používať pomocou kvantového počítača, tak, že môžeme identifikovať nové a cielenejšie možnosti pre pacientov, ktorí na imunoterapie nereagujú tak dobre. Nakoniec sa pýtame, ktorý pacient môže mať z ktorej liečby prospech a ako.“ S touto témou súvisí niekoľko otázok aplikovaného výskumu: Ktoré signálne kaskády a biologické procesy zohrávajú úlohu v chorobe? Ako ich môžeme použiť na individuálny výber ošetrenia? Aké problémy skutočne môžu byť vyriešené kvantovými počítačmi?

Od simulátora po skutočný kvantový počítač

Tím DKFZ už vypracoval matematické princípy a vykonal niekoľko počiatočných prác pomocou iných globálne dostupných systémov a simulátorov. Podľa Halamu je však obrovský rozdiel medzi prácou na simulátore s perfektnými qubitmi a prácou na skutočnom kvantovom počítači, akým je napríklad IBM Q System One v Ehningene. Až na druhom môžete vidieť, ako sú veci na určitej úrovni zložitosti stabilné, kde sú nástrahy a čo je možné.

Vedci chcú teraz využiť systém v Ehningene na ďalší rozvoj a rozvíjanie svojich myšlienok prostredníctvom prístupu orientovaného na aplikácie. Cieľom je zistiť, ktoré algoritmy sú vhodné na spracovanie predmetných informácií a ako ich je možné podľa potreby prispôsobiť alebo prestavať – ale tiež ako je napríklad možné ďalej optimalizovať opravy chýb. Tím DKFZ stále hľadá ďalších partnerov pre spoluprácu z rôznych oblastí výskumu a priemyslu, aby umožnil interdisciplinárne skúmanie možností, ktoré ponúka kvantová práca v oblasti nových prístupov k liečbe rakoviny.

Ako uviedol prof. Raoul Klingner, riaditeľ výskumu a riadenia výskumu vo Fraunhoferovom inštitúte: „Sme veľmi radi, že DKZF je partnerom pre spoluprácu. Použitie kvantovej výpočtovej techniky v oblasti tak komplexnej a významnej, ako je personalizovaná terapia rakoviny, zdôrazňuje potenciál, ktorý kvantová práca s počítačom ponúka pre medicínu a mnoho ďalších odvetví.“

Kľúčovými kritériami sú ochrana údajov, rýchlosť a flexibilita

Pri práci s kvantovým počítačom existujú pre Halamu tri dôležité kritériá: ochrana údajov, rýchlosť a flexibilita. Vedci v súčasnosti stále pracujú s testovacími údajmi, ale keď sa v budúcnosti použijú skutočné údaje o pacientoch. Ako uviedol Halama: „Bude veľmi výhodné, aby kvantový počítač v Ehningene fungoval podľa nemeckej legislatívy o ochrane údajov a aby údaje zostali na mieste.“ Rýchlosť výpočtov, ktoré by v budúcnosti mohli urobiť kvantové počítače nadradenými konvenčným počítačom, je ďalším kľúčovým kritériom, pretože – pokiaľ ide o onkologických pacientov – každý deň sa počíta a rozhodnutia sa musia robiť rýchlo. Pretože kvantové procesory môžu spracovávať údaje súbežne a nie za sebou, majú potenciál analyzovať obrovské objemy údajov za zlomok času, ktorý bežné počítače vyžadujú.

Podľa Halamu je dôležitým faktorom aj flexibilný model mesačných vstupeniek, ktorý sieť Fraunhofer Competence Network Quantum Computing ponúka svojim partnerom. Ako dodal Halama: „Ako akademickej inštitúcii nám to umožňuje flexibilne používať systém podľa potreby a bez toho, aby sme museli dlho investovať obrovské sumy. Okrem toho je Fraunhoferov inštitút pre nás dôležitým partnerom a naša spolupráca nám umožňuje preklenúť priepasť medzi teoretickým a aplikovaným výskumom v prospech pacienta.“

O DKFZ

Nemecké centrum pre výskum rakoviny (DKFZ) s viac ako 3 000 zamestnancami je najväčšou biomedicínskou výskumnou inštitúciou v Nemecku. Viac ako 1 300 vedcov z DKFZ študuje vývoj rakoviny, zaznamenáva rizikové faktory rakoviny a hľadá nové stratégie na zabránenie rakovine u ľudí. Vyvíjajú nové metódy, ktoré je možné použiť na presnejšiu diagnostiku nádorov a úspešnejšiu liečbu onkologických pacientov. Informačná služba o rakovine DKFZ (KID) poskytuje pacientom, verejnosti a odborníkom individuálne odpovede na všetky otázky týkajúce sa rakoviny.

Spolu s partnermi z univerzitných nemocníc prevádzkuje DKFZ Nemecké národné centrum pre nádorové ochorenia (NCT) v Heidelbergu a Drážďanoch a Detské rakovinové centrum Hopp (KiTZ) v Heidelbergu. V Nemeckom konzorciu pre výskum translačnej rakoviny (DKTK), jednom zo šiestich nemeckých centier pre výskum zdravia, DKFZ spravuje translačné centrá na siedmich univerzitných partnerských miestach. Kombinácia vynikajúcej univerzitnej medicíny a vysokokvalitného výskumu Helmholtzovho centra v lokalitách NCT a DKTK hrá kľúčovú úlohu pri prenose sľubných prístupov z výskumu rakoviny do nemocničného prostredia, a tým zvyšuje šance onkologických pacientov. DKFZ je z 90 % financovaný nemeckým spolkovým ministerstvom školstva a výskumu a z 10 % spolkovým štátom Bádensko-Württembersko a je členom Asociácie nemeckých výskumných centier Helmholtz.

Viac informácií: