понедељак, 1. јануар 2024.

Kvantni izazovi u medicini ( nauci)

 

                             Fotografija kvantnog kompjutera sa pričvršćenim kriostatima

Prošlo je četvrt veka otkako su prvi kvantni bitovi, ili kubiti, spojeni zajedno da bi se napravio rudimentarni kvantni kompjuter. Bit (Binary Digit) je minimalna jedinica informacija koja se koristi u računarstvu, a koja se izražava sa dva moguća stanja.0i1.
                                                                              BIT 
Sa svojom sposobnošću da istovremeno predstavljaju i jedinice i nule u tradicionalnim računarima, kubiti 1 su najosnovnije komponente sistema koje bi mogle daleko nadmašiti današnje računare u rešavanju određenih vrsta problema. Od tada, napredak zavisi manje od čvrste nauke vise od primenjenog inženjerstva: stvaranje stabilnijih kubita koji mogu zadržati svoje kvantno stanje duže od malog delića sekunde, povezujući ih zajedno u veće sisteme i smišljanje novih oblika programiranja za iskoristavanje ove tehnologije.




Najveći do sada napravljeni kvantni računari imaju oko 50 kubita, iako je Google predstavio procesor od 72 kubita.

____________________ 
Zapetljanost : Zamislite da imate dva najbolja prijatelja koji mogu završiti rečenice jedno drugom bez obzira koliko su udaljeni. U kvantnom području, čestice se mogu "zapetljati" tako da stanje jedne momentalno utiče na stanje druge, bez obzira koliko su udaljene. Ova veza je toliko sablasna da ju je Ajnštajn nazvao "sablasnom akcijom na daljinu".
Recimo da imamo dva zapletena kubita. Ako promenimo stanje jednog kubita, drugi kubit će odmah promeniti svoje stanje kako bi odgovarao, čak i ako su galaksije odvojene. Kao da dele tajni jezik koji ruši sve barijere.
Ovaj zadivljujući koncept je kvantna magija koja pokreće potencijal kvantnog računarstva za super-brze proračune i rešavanje problema. .
____________________
 
PRIMENA U MEDICINI 
 

Upotreba kvantnog računarstva se sve više širi na različita podrucja. Potencijal ove tehnologije primenjuje se i u medicini. Mašinsko učenje se može reći da je trenutno najrazvijenija oblast AL i samim tim ima više primene. U poslednjih nekoliko godina značajno je napredovala upotreba mašinskog učenja u predviđanju i prevenciji interakcija lekova. U kontekstu interakcija lekova, algoritmi mašinskog učenja analiziraju velike količine podataka kako bi identifikovali obrasce i napravili predviđanja o mogućim interakcijama između lekova.Interakcije lekova se javljaju kada se dva ili više lekova međusobno utiču na način koji menja njihovo dejstvo ili povećava rizik od nepoželjnih reakcija. Ove interakcije mogu biti blage ili ozbiljne i mogu imati ozbiljne posledice po zdravlje pacijenata. Na primer, interakcija lekova može smanjiti efikasnost određenog leka, što dovodi do nedovoljnog lečenja određenog medicinskog stanja. S druge strane, neke interakcije lekova mogu povećati toksičnost, izazivajući štetne neželjene efekte ili čak životno ugrožavajuće reakcije ( kao kod covida)



Jedan od najznačajnijih mikroorganizama otpornih na lekove na svetu je MRSA (engl. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus - Staphylococcus aureus rezistentan na meticilin).

Al je, izgleda na putu da resi problem bakterija koje su otporne na vrlo velik broj standardnih antibiotika, pa čak i na one ekstremno jake. Saradnja nauke i biotehnološke struke, tj. posredstvom deep learning mogućnostima AI-programa, pomogla je da se otkrije jedna posve nova, do sada nepostojeća klasa antibiotika, uspesna u terapiji bakterijskih infekcija. Istraživanja su provedena na MIT-u (Massachusetts Institute of Technology). Cilj je bio naučiti AL da izračuna i predvidi koji bi hemijski spojevi mogli biti dobri kandidati za nove antibiotike protiv MRSA. Rezultati rada koautorskog tima od 21 istraživača objavljeni su u naucnim članku u časopisu Nature u kojem se objašnjava kako je istraživački tim koristio modele dubokog učenja za predviđanje biohemijske aktivnosti, farmakoloških učinaka i eventualne toksičnosti molekula-kandidata za stvaranje novoga antibiotika .
       Ovo su tek dva primera dosega Al ima ih na stotine. 

       U nauci kolaju ideje koje su nekada bile stvar naučne fantastike. Mnoge  još ne funkcionisu u stvarnosti, a neke su rezultirale aplikacijama. Većina biologije, istorijski gledano, analizira kako priroda funkcioniše.  Biologija sistema je kulminacija tog napora da se dekonstruišu prirodni procesi. Sada, sa sintetičkom biologijom  naučnici su „na tački kada znamo dovoljno da zapravo možemo da konstruišemo veštačke i prirodne biološke sisteme“. Istraživači danas mogu graditi stvari od bioloških delova, pa čak i stvarati hibridne sisteme povezujući ih sa neživim mašinama. Moguce je modelovanje  bioloških sistema za izgradnju novih proteina kombinovanjem aminokiselina na načine koji nikada nisu viđeni u prirodi.
    Tek se zagrebala površina potencijala koji nudi kvantno računarstvo a ideje o njegovoj primeni nadovezuju se jedna na drugu. Veruje se da ce saradnja u različitim poljima nauke otkriti tajne večne mladosti a tehnologija - za sada se misli na kvantno računarstvo, bice odlučujuća  tehnologija . Nema sumnje da ova tehnologija ima sposobnost da preoblikuje naš svet. 
     Dok je kvantna mehanika revolucionirala polja kao što su računarstvo i kriptografija, njene direktne primene u borbi protiv starenja i dalje su uglavnom spekulativne i teorijske. 



STARENJE 

Godine 1900. očekivani životni vek pri rođenju bio je 47 godina. Samo 13% stanovništva imalo je 50 ili više godina. 100 godina kasnije, očekivani životni vek se popeo na 77 godina. 2020. 35% Amerikanaca će imati 50 ili više godina. U narednih 35 godina ova grupa će se više nego udvostručiti.


" Kvantno računarstvo ima potencijal u dešifrovanju jezika koji podupire sam život. Zamislite samo da imamo sposobnost da reprogramiramo naše ćelije nazad u stanje ili popravimo oštećenu DNK sa neuporedivom preciznošću. Implikacije su zaista zapanjujuće!"- reci su biologa Dr Emily Chen-a. Dr. James Patel, kvantni fizičar, dodaje svoju perspektivu; "Na ivici smo revolucije. Kvantni kompjuteri imaju sposobnost da precizno simuliraju sisteme. To znači da bismo mogli testirati intervencije za borbu protiv starenja pre nego što provedemo dugotrajne eksperimente otkrivanja lekova.


                                              Slika koja predstavlja imaginarne kodove DNK

      
  Evo nekoliko primera potencijalne primene kvantnih kompjutera u pogledu starosti. 

Kvantno računarstvo 

1.Jedna oblast interesovanja je upotreba kvantnih računara za simulaciju složenih bioloških procesa koji upravljaju starenjem. Kvantno računarstvo ima potencijal da revolucionise otkrivanje i razvoj lekova. Iskorištavanjem računske snage kvantnih sistema, naučnici bi mogli efikasnije da dizajniraju i simuliraju složene molekularne strukture. To bi moglo ubrzati otkrivanje novih lekova i terapija koje ciljaju na bolesti povezane sa starenjem i promovisu dugovečnost.

Kvantni senzori:  
kao što su atomski satovi i magnetometri 
 
Ovo su visoko precizni instrumenti koji mogu meriti fizičke veličine sa izuzetnom preciznošću. Ovi senzori se mogu primeniti za praćenje i proučavanje bioloških procesa na kvantnom nivou, pružajući uvid u mehanizme starenje i prepoznavanje potencijalnih intervencija. Moguće je koristiti kvantne senzore za otkrivanje i merenje oštećenja koja nastaju na celijama i DNK tokom vremena. Ove informacije bi se zatim mogle koristiti za razvoj personalizovanih terapija protiv starenja.

Kvantni uređaji za popravku oštećenja ćelija i DNK: 
 
3. Kvantne tehnologije bi se mogle koristiti za stvaranje novih tipova uređaja protiv starenja, kao što su nanoroboti koji bi mogli popraviti oštećenje ćelija ili isporučiti lijeko direktno u ciljna tkiva. 

 Kvantna biologija 
 
4. Kvantna biologija, koja istražuje ulogu kvantnih fenomena u biološkim sistemima, istražuje da li kvantni efekti kao što su kvantna koherentnost i isprepletenost igraju ulogu u osnovnim biološkim procesima, uključujući fotosintezu i enzimske reakcije. Razumevanje i manipulisanje ovim kvantnim efektima može potencijalno dovesti do intervencija koje usporavaju ili preokreću proces starenja

Kvantne informacije

5.Biološki sistemi, kao što su proteini i DNK, pokazuju izvanredne mogućnosti obrade informacija. Neki naučnici istražuju ideju da bi se kvantna obrada informacija mogla odvijati unutar živih organizama. Ako je to slučaj, razumevanje i korištenje ovih mehanizama za obradu kvantnih informacija moglo bi imati implikacije za istraživanje protiv starenja. Ove tehnologije mogle bi ponuditi novi način za sprečavanje ili čak preokretanje procesa starenja i poboljšanje kvalitete života za ljude svih starosnih dobi.

Neki od projekata u toku 

Preko Progerije do dugovečnosti4

-progresivni genetski poremećaj ubrzanog starenja pogodi jedno u 8 miliona rođene dece,

 Allosteric Bioscience i Polaris Quantum Biotech spojili su svet kvantnog računarstva i naucnika koji se bave pitanjem dugovečnosti.

Allosteric je kompanija osnovana 2021. godine. Suosnivač i predsedniko Allosteric-a je dr. Arthur P. Bollon a njegove kolege Bruce Meyers i dr Peter Sordillo, imaju decenije stručnosti u biotehnologiji i biomedicinskim naukama, uključujući genomiku, epigenetiku, sistemsku biologiju, proteomiku i, naravno, kvantnu fiziku.
"Mi smo usred nove revolucije, a to je kvantno računarstvo“, izjavio je Bollon 2022.godine u jednom intervjuu. “Danas, koristeći proces koji se zove kvantno žarenje, koji radimo sa Polarisom, već je oko 10.000 puta brži od najbržeg superkompjutera. Procenjujemo da bi za manje od dve godine moglo biti više od milion puta brže.”
Bollon veruje da ovo ogromno povećanje računarske snage ima potencijal da pomogne u medicini.
„Kvantno računarstvo pruža bolji način da se razume međusobna povezanost svega – biologije, životne sredine, univerzuma – svega“, kaže on. “U Allosteric-u smo razvili  metodologiju koja nam omogućava da integrišemo sposobnost kvantnog računarstva AI sa biomedicinskim disciplinama genomikom, genetikom, proteomikom sistema, biologijom i tako dalje.”
Ne radi se samo o brzini kompjuters već i o sposobnosti uspostavljanja veza koje mogu dati dublji odgovor na neki problem. Na primer, postojali su matematički problemi za čije su rešavanje bile potrebne decenije, ali su se vrlo brzo rešavali pomoću kompjutera. Nešto tako složeno kao što je starenje moglo bi potrajati još nekoliko stoleća da se potpuno razume i da secbude u stanju modulirati ga. Ali sa kvantnim kompjuterom, to bi moglo potrajati samo nekoliko godina.” 
           Ova grupa se bavi progerijom - bolesti preranog starenja koja bi mogla da pomogne u otkrivanju uzroka starenju. "Mnoge promene kod ove bolesti su slične procesu normalnog starenja. Koristeći kvantni kompjuter Nature (genetika), identifikovali smo proteinsku metu koja je povezana i sa progerijom i sa normalnim starenjem. .....Koristili smo našu QAB platformu da kreiramo biblioteku od milijardi molekula i u procesu smo skrininga kako bismo u početku identifikovali, možda 100.000 molekula, zatim nekoliko hiljada, do možda 10 ili 20“, kaže Bollon. “Ako sve prođe kako treba, ovi molekuli će imati sposobnost da moduliraju kritični protein uključen u normalno starenje i progeriju. "

Progerija je samo jedan primer gde je Allosteric fokusiran. Kompanija je identifikovala “druge mete” i primenjuje isti pristup prema svakoj od njih. 



  Lekovi protiv hroničnih bolesti 

Gero je biotehnološka kompanija koja stvara terapije protiv hroničnih bolesti sa misijom da uspori starenje ljudi. Kompanija primenjuje algoritme mašinskog učenja ( fizika složenih sistema) kako bi izgradili klinički relevantne modele progresije bolesti (fenotipove) sa podacima iz stvarnog sveta i identifikovali klastere bolesti sa zajedničkom biologijom. Genetske studije o fenotipovima, koje koriste vestacku inteligenciju i podatke sekvenciranja Whole-Exomea, imaju nove terapeutske ciljeve potencijalno primenjive na nekoliko indikacija istovremeno.
   Januara 2023. godine kompanija je objavila da je ušala u istraživačku saradnju sa Pfizerom.5  (???!!!!). " Naša tehnološka platforma nam omogućava da odvojimo nepovratne efekte starenja od reverzibilnih fenotipova bolesti kako bismo potencijalno identifikovali najefektnije terapijske ciljeve.”- tim povodom izjavio je Peter Fedičev, izvršni direktor.

    Na sajtu kompanije stoji da je ona pionir u načinu razumevanja, merenja i, na kraju, kontrole napredovanja starenja te da se bave otkrivanjem AI lekova protiv starenja i biomarkera starenja. Kompanija je razvila tehnologiju digitalnih biomarkera- geosens - i oni su dodtupni za upotrebu. Bazirani su na podacima o fizickoj aktivnosti. primera radi digitalni   biomarker ( aplikacija preko pametnog telefona) -AI , meri zdravlje na osnovu obrazaca ubrzanja i usporavanja sa preciznošću krvnog testa. Bez povratne informacije pacijenta nema personalne dijagnostike i lecenja za koje se smatra jedino ispravno. Sa digitalnim biomarkerima moguce je po prvi put kontinuirano pracenje zdravlja. 

Medicinska zaštita se kontinuirano razvija, a životni vek ljudi se produžava. Stoga potražnja za inovativnim rešenjima biomedicinskih problema i dalje raste. O mogućnosti korištenja kompjutera u medicini raspravljalo se intezivnije još 1960-ih. Kompjuteri su u početku bili preskupi i nepouzdani da bi se medicinska praksa na njih mogla osloniti. Kako se tehnologija poboljšavala, a troškovi smanjivali, tehnologija je postajala prisutnija. Kada bi lekara, ili medicinsku sestru iz 19. veka prebacili u modernu bolnicu u raspravama bi bilo vrlo malo novog: videli bi i dalje bolesnike koji leže u krevetima od kojih neki ne znaju nista o svojoj bolesti. Možda bi bili razočarani tretmanom posebno prema starim ljudima, ali mislim da ih to ne bi iznenadilo. Međutim, promene koje bi iznenadile medicinsku sestru i lekara su dramatične tehnološke promena i zapravo bi te promene bilo teško objasniti.

Arthur C. Clarke, futurista i pisac naučne fantastike je rekao da se svaka dovoljno napredna tehnologija ne razlikuje od magije. Za par koji je izašao iz devetnaestog veka moderna tehnologija bi sigurni izgledala kao magija, dok smo mi prestali da razmišljamo o tome, i samo to uzimamo zdravo za gotovo! Nešto od onoga što nam se danas čini kao naučna fantastika biće rutina u budućnosti, možda čak i u našim životima.        
 _________________

1. Kvantno računarstvo se uglavnom gradi na konceptima kvantnog zapetljanja i superpozicije, što je koncept da čestica nije u potpunosti merljiva ili prepoznatljiva u svom stanju, što joj omogućava da zauzima mnogo ili nimalo oblika. Kvantno računarstvo koristi bilo šta, od fotona do jezgre, da dobije oblik kao 'kubit' ili kvantni bit. Bitovi su ono što čini računarski svet i poznati su kao 1s i 0s. Kubiti mogu raditi i kao 1 i 0 u isto vreme u različitim odnosima i na taj način poboljšati trenutnu računarsku snagu koju imamo.
2. Mašinsko učenje, podgrana veštačke inteligencije, podrazumeva razvoj algoritama koji mogu učiti iz podataka i donositi predviđanja ili odluke na osnovu tih podataka.
3.Smešten na Massachusetts Institute of Technology (MIT), Collins Lab je lider u antibioticima, bioinženjeringu i mašinskom učenju. Ovo je interdisciplinarni tim bioinženjera, mikrobiologa, kompjuterskih naucnika i hemičara svetske klase koji ima jaku reputaciju u komercijalnom i kliničkom prevođenju svog bioinženjeringa i napretka masinskog učenja, budući da su u partnerstvu s više od 25 kompanija iz biotehnologije i farmacije.
4.progresivni genetski poremećaj ubrzanog starenja pogodi jedno u 8 miliona rođene dece.
5. Pfizer je vezan za nekoliko afera od kojih je ona u Nigeriji najpoznatija. U decembru 2000. godine, The Washington Post je objavio niz razotkrivanja, u kojima se navodi da je Pfizer kriv za smrt i invaliditet više dece i optužio Pfizer da provodi neetička eksperimentalna ispitivanja bez dobivanja informiranog pristanka učesnika. ( vidi opsirnije );...Na kraju ove godine pojavili su se tekstovi o Pfizerovoj covid vakcini kao sredstvu depopulacije. izasli podaci o 

1 коментар:

Анониман је рекао...

Bolje biti bogat i umreti star, nego mlad i siromašan.Stari dobri Alan Ford.
Pesnik u prolazu

Постави коментар