Điện toán đám mây đang cách mạng hóa ngành công nghiệp dược phẩm như thế nào

Điện toán đám mây đang trở thành nền tảng cho quá trình chuyển đổi số, khi nó không chỉ mang lại các tiện ích cho công nghệ điện toán mà còn cả bệnh viện và các hệ thống chăm sóc sức khỏe. Ngay cả các công ty dược phẩm cũng đang sử dụng đám mây để thay đổi cơ bản các phương thức hoạt động kinh doanh của mình.

Khám phá về mô hình thuốc điện toán (Computational Drug) sử dụng một tập hợp điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo để làm quá trình phát triển dược phẩm nhanh hơn và rẻ hơn. Các công ty thuốc lớn đang tận dụng các tiến bộ về AI và sức mạnh điện toán của đám mây để thử nghiệm cách tiếp cận mới này.

Các công ty dược phẩm đang sử dụng quá trình công nghệ cao này để phát triển, cải thiện các phương thuốc truyền thống cũng như hoàn thiện các danh mục thuốc mới có tác dụng ở cấp độ ADN và ARN để ngăn chặn các căn bệnh. Các nhà cung cấp đám mây khổng lồ đang là những đối tác quan trọng mới đối với quá trình phát triển thuốc này.

Để hiểu được tại sao sự kết hợp trên đang mang lại cuộc cách mạng cho ngành công nghiệp dược phẩm, bạn cần hiểu quá trình phát triển thuốc ở Mỹ chậm chạp, rủi ro và đắt đỏ như thế nào.

Nghiên cứu phát triển thuốc - một quá trình đầy tốn kém và rủi ro

Khi một công ty dược phẩm muốn phát triển một loại thuốc mới, nhóm nghiên cứu cần chọn một điều kiện và một phân tử để bắt đầu khám phá các khả năng của nó. Khi công ty tìm ra một hợp chất hứa hẹn, quá trình thử nghiệm lâm sàng bắt đầu.

Các phương thuốc mới cần phải vượt qua thành công 4 giai đoạn để được FDA cấp phép. Đó là một quá trình kéo dài và tốn kém. Tùy thuộc vào loại thuốc được kiểm tra, giai đoạn thử nghiệm thứ 2 có thể tiêu tốn từ 7 triệu USD đến 19 triệu USD, và ngân sách cho giai đoạn 3 thậm chí còn cao hơn nữa: từ 11,5 triệu USD cho đến 52,9 triệu USD. Chỉ có khoảng 13% các loại thuốc bắt đầu quá trình này đến được tới các cửa hàng thuốc.

Nhưng với phương pháp mô hình điện toán được áp dụng trong quá trình phát triển thuốc, cơ hội thành công sẽ tăng cao hơn. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng mô hình này để xác định loại thuốc nào an toàn nhất cho bệnh nhân và có ít tác dụng phụ nhất. Việc lựa chọn đúng từ đầu quá trình phát triển sẽ giúp tăng khả năng loại thuốc mới trở nên hiệu quả hơn cũng như cải thiện các sản phẩm hiện tại.

Đó là lý do tại sao các công ty thuốc lại cần đến nguồn sức mạnh điện toán khổng lồ mà các công ty đám mây đang cung cấp cũng như khả năng thay đổi quy mô điện toán một cách nhanh chóng. Amazon Web Service, Microsoft và Alphabet (Google) đều đang hợp tác với các công ty thuốc cũng như các startup để mang đến cách tiếp cận mới này cho việc phát triển thuốc.

Các công ty đám mây đang đóng góp gì cho quá trình này

Hiện AWS đang là nhân tố trung tâm cho quá trình nghiên cứu phát triển và sản xuất thuốc tại Moderna. Moderna là công ty tạo ra các phương thức chữa trị mới bằng cách sử dụng ARN Thông tin (Messenger RNA hay mRNA). Các phương thuốc được xây dựng bằng mRNA có thể nói với cơ thể để tạo nên các protein nhất định nhằm chữa trị hoặc ngăn ngừa một chứng bệnh cụ thể nào đó.

Hiện Moderna đang sử dụng năng lực tính toán đám mây của AWS để chạy các thuật toán nhằm thiết kế từng chuỗi mRNA. Moderna sử dụng các instance của Amazon EC2 để xử lý việc tính toán và trả lại kết quả. Với AWS, Moderna có thể rút ngắn thời gian cần thiết cho để tìm ra loại thuốc có tiềm năng cho việc thử nghiệm lâm sàng và mang lại các phương pháp chữa trị mới.

Năm 2017, Microsoft thông báo thành lập một liên minh phát triển công nghệ với Parexel, một tổ chức dịch vụ dược phẩm sinh học toàn cầu. Các công ty này kết hợp hạ tầng đám mây của Microsoft với công nghệ lâm sàng của Parexel để hỗ trợ quá trình phát triển thuốc.

Ngoài ra Microsoft cũng là hãng hậu thuẫn ban đầu cho Cloud Pharmaceuticals, một công ty phát hiện thuốc thành lập năm 2011. Nền tảng công nghệ của công ty có tên gọi Quantum Molecular Design sử dụng kết hợp trí tuệ nhân tạo, hóa học lượng tử cao cấp và điện toán đám mây để xác định các ứng viên hứa hẹn nhất cho việc điều trị phân tử nhỏ mới (small-molecular treatments).

Alphabet cũng không muốn bỏ lỡ cơ hội tạo nên một bước đột phá mới cho một ngành công nghiệp lâu đời như dược phẩm, bằng cách tập trung vào AI. Nhóm nghiên cứu sức khỏe tại DeepMind – startup về AI được Alphabet mua lại năm 2014 – đang sử dụng AI để hiểu được cơ chế cuộn của chuỗi protein.

Gần như mọi chức năng của cơ thể đều được dẫn hướng bằng hình dáng và chuyển động của các protein. Do vậy, khi các protein trở nên biến dạng hoặc méo mó, nó có thể dẫn đến hàng loạt chứng bệnh khác nhau, bao gồm cả tiểu đường, Parkinson và Alzheimer. Nếu các nhà nghiên cứu có một công cụ để điều chỉnh chính xác cấu trúc protein, nó sẽ giải quyết được nhiều vấn đề của thế kỷ 21, như sức khỏe, sinh thái học, môi trường và gần như bất cứ thứ gì liên quan đến các hệ sống.

Cuối năm 2018, DeepMind ra mắt một trong các sản phẩm của mình AlphaFold. Thuật toán của nó đã đánh bại 97 đối thủ khác trong cuộc thi dự đoán cấu trúc cuộn của protein với dự đoán đúng 25 trong tổng số 43 protein, trong khi đó, đối thủ về thứ nhì chỉ dự đoán đúng 3 trong tổng số 43 protein.

Không khó để thấy được các nền tảng điện toán đám mây đang làm gì để giúp đỡ các nhà nghiên cứu và các công ty dược phẩm trong việc phân tích và hiểu được lượng dữ liệu khổng lồ này nhằm phát triển các phương pháp chữa trị mới.

Theo Nguyễn Hải

Trí Thức Trẻ