计算机辅助药物设计已成为药物研发的重要领域 AI制药算法新突破

发布时间: 2023-07-21 13:37

用手机扫描二维码 在手机上继续观看

手机查看

药物发现的可能性是无穷无尽的,然而,药物发现过程中的高损耗率是生物医学科学中面临的一个首要问题。据估计,截至2020年,美国FDA批准的每种药物的开发成本平均高达13亿美元。

近年来,计算机辅助药物设计(CADD)已成为药物研发的重要领域,它可以进行候选分子的初始筛选,并进行进一步优化。而其在最初阶段发现的良好线索对药物发现过程至关重要。但CADD面临着三个主要问题:首先,所需的算力成本很高;其次,一款药物能否成功上市不仅仅基于治疗其预期疾病的效果,90%的药物无法通过临床试验,药物的许多特性,例如ADMET(吸收、分配、代谢、排泄、毒性),药物-药物相互作用(DDI)和副作用在很大程度上影响药物的成功;第三,当前的CADD技术通常涉及使用许多专用模型,每个模型预测一个特定的化学性质,当许多模型堆叠时,所需的算力成本呈指数级增长。

近日,南洋理工大学慕宇光教授、智峪生科郑良振博士和山东大学李伟峰教授等在 Nature 子刊 Nature Machine Intelligence 上发表了题为:Application of variational graph encoders as an effective generalist algorithm in computer-aided drug design 的研究论文。

该研究提出了一个单一、通用的统一模型,利用图卷积变分编码器,可以同时预测小分子药物的多种特性,例如吸收、分配、代谢、排泄和毒性,以及靶点特异性对接评分预测和药物-药物相互作用。使用这种模型可以实现目前最先进的虚拟筛选,具有高达两个数量级的加速优势。变分图编码器的隐空间最小化,还能与Pareto最优原则结合,加速特定药物的开发,并具有可解释性的额外优势。

尽管计算机辅助药物设计(CADD)在分子特性预测方面已经取得了相当大的进展,但仍迫切需要快速准确的模型。目前可用的许多方法大多专门用于预测特定属性,这导致堆叠使用多个模型时需要难以置信的高额算力成本。

计算机辅助药物设计已成为药物研发的重要领域 AI制药算法新突破

在这项研究中,研究团队提出了一个变分图编码器(Variational Graph Encoder)来解决CADD中面临的上述挑战,这是一个包含变分自编码器元素的卷积图神经网络模型,被训练来预测分子的简单描述符和二进制分子指纹,而非重建输入。

通过变分图编码器的中间数学表示(隐空间),可以训练代理模型来预测更复杂的属性。之前利用隐空间的工作包括在变分自编码器中采样,以产生有效的和选择性的RIPK1抑制剂和BRAF抑制剂。

分子被编码成图形格式,然后通过自编码器传递,隐空间用于通过代理模型进行属性预测

在方法方面,之前在递归神经网络中编码和解码SMILES字符串的工作,解锁了分子隐空间优化和预测的可能性。之后使用图特征和邻接矩阵连接的变分自编码器神经网络的工作也显示出有希望的结果。然而,后者限制了可以使用或由自编码器生成的分子的大小,而前者容易受到多个SMILES字符串编码同一分子的影响。这两种方法都不涉及任何节点级卷积。

解决这个问题的方法是使用边缘条件图卷积神经网络,它通过卷积主动破译每个分子中的连接和相邻原子。指纹和化学描述符的编码取代了传统的自动编码器,也允许在保持键和连接信息的同时编码任何大小的分子。因此,通过克服这些限制,可以在虚拟筛选中实现准确且可解释的模型,对不同数据库的数据集进行预测,并结合目标特异性评分功能进行虚拟筛选。

随着代理模型的整体多样性和准确性大大提高,可以使用Pareto最优原则进行更具挑战性的多目标优化。当与基于结构的虚拟筛选结合应用时,在初始筛选中可以观察到高达两个数量级的加速,这使得从前不可能的筛选大量分子成为可能。研究团队表示,这一方法将计算机辅助药物设计(CADD)转变为计算机辅助药物工程(CADE)。

期望的分子性质可以通过代理模型优化来设计,并且可以解释在性质预测中一个分子如何优于另一个分子

总的来说,该研究开发的变分图编码器的隐空间具有令人惊讶的多用途性质,可用于预测高度多样化数据集的属性。后续进一步的工作将涉及限制因素的缓解策略和算法在药物发现管线中的应用,包括随后的实验验证。

免责声明:本页面信息为第三方发布或内容转载,仅出于信息传递目的,其作者观点、内容描述及原创度、真实性、完整性、时效性本平台不作任何保证或承诺,涉及用药、治疗等问题需谨遵医嘱!请读者仅作参考,并自行核实相关内容。如有作品内容、知识产权或其它问题,请发邮件至suggest@fh21.com及时联系我们处理!
看病要趁早,不等待 不排队,全国知名专家 在线挂号
扫描左侧二维码,关注微信号:澳大利亚vs丹麦水位分析 ,求医更省时更省心

相关推荐

AI设计蛋白质的最新突破 有望在全新疫苗 药物与治疗等领域带来新的革命
AI设计蛋白质的最新突破 有望在全新疫苗 药物与治疗等领域带来新的革命
在最新一期《科学》上,Baker教授团队连发两篇论文,呈现了AI设计蛋白质的最新突破:相比于传统手段,机器学习可以更加精准、快速地设计蛋白质分子,将设计蛋白质的时间长度从“月”缩短至“秒”。这项突破有望在全新疫苗、药物与治疗手段开发等领域带来新的革命。当Baker教授团队意识到R...[详细]
发布于 2022-09-24

最新推荐

爱,连接你我 AI与世界同步 飞利浦助听器HearLink50平台新品震撼上市
爱,连接你我 AI与世界同步 飞利浦助听器HearLink50平台新品震撼上市
众所周知,听觉是一种动态体验。一天中的大部分时间,我们都处在活动之中,侧身、转头、弯腰、起身,坐、立、行、走……动静转换之间,我们每时每刻听到的声音都是不同的。瞬息变化的生活场景下,时时刻刻听清自己想听的声音,在健听人士看来是理所当然的日常...[详细]
2025-06-13 16:43
世界杯202212强赛程表
养生科普:守护父亲健康,日常应该如何调理?
世界杯202212强赛程表 养生科普:守护父亲健康,日常应该如何调理?
父亲节,趁着节日,叮嘱父亲保重身体,注意健康,但也别忘了,关爱也要在日常。平常多与父亲通话、沟通,在交谈中感知他身体和情绪的细微变化。因为他的健康,往往就藏在这些容易被忽略的生活细节里。如果父亲在日常跟你的交谈中提及以下几件事情,那么请一定...[详细]
2025-06-13 16:32
助残公益行 普济在行动 成都普济世界杯202212强赛程表
药研究院受邀参加金牛区汇泽社区残健融合明辉服务站启动仪式!
助残公益行 普济在行动 成都普济世界杯202212强赛程表 药研究院受邀参加金牛区汇泽社区残健融合明辉服务站启动仪式!
2025年6月13日,为响应“弘扬自强与助残精神,凝聚团结奋进力量”号召,金牛区沙河源街道汇泽社区残健融合明辉服务站启动仪式,在成都市金牛区汇泽社区党群服务中心隆重举行,成都普济世界杯202212强赛程表 药研究院受邀参加,并在现场开展爱心助残义诊活动。此次服务站...[详细]
2025-06-13 11:31
清宫龙丹海马多鞭丸:宫廷补肾方剂的现代生命礼赞
清宫龙丹海马多鞭丸:宫廷补肾方剂的现代生命礼赞
在世界杯202212强赛程表 药的浩瀚星河中,有一颗璀璨的明珠历经三百年传承而不衰,它便是源自清朝宫廷的补肾秘方——清宫龙丹®海马多鞭丸。这款承载着皇家医药智慧的经典名方,在沈阳清宫药业集团有限公司的现代化创新中焕发新生,以科技赋能传统,以匠心守护健康,成为当代男...[详细]
2025-06-13 10:35
黑龙江中航医院男科口碑评价:透明收费、早诊早治
在快节奏的现代生活中,男性健康问题日益受到关注。黑龙江中航医院男科作为区域内专注于男性健康的专业医疗机构,近年来在帮助患者科学管理男性健康方面积累了丰富的经验。医院始终倡导“早发现、早干预”的健康管理理念,帮助男性群体树立正确的健康意识,避...[详细]
2025-06-13 09:52
成都普济世界杯202212强赛程表
药研究院印传方:世界杯202212强赛程表
治瘤应注重和气血!
成都普济世界杯202212强赛程表 药研究院印传方:世界杯202212强赛程表 治瘤应注重和气血!
气为血之帅,血为气之母。特聘世界杯202212强赛程表 肿瘤专家、成都普济世界杯202212强赛程表 药研究院印传方主任认为,世界杯202212强赛程表 治瘤应注重和气血!一、气血是生命之基成都普济世界杯202212强赛程表 药研究院印传方主任认为,气血是人体生命活动的基础,所有生理功能和病理变化都可归结为气血的盛衰和运行状态;正如第...[详细]
2025-06-12 16:38
《中国访谈》栏目专访首都名世界杯202212强赛程表
董瑞教授 探索世界杯202212强赛程表
防治肺结节新方案
《中国访谈》栏目专访首都名世界杯202212强赛程表 董瑞教授 探索世界杯202212强赛程表 防治肺结节新方案
近年来我国肺结节检出率持续攀升,世界杯202212强赛程表 药如何助力防治成为了医学的热点。我们该怎样防治肺结节?世界杯202212强赛程表 又在防治肺结节方面起到怎样的作用?具有哪些优势?第十三届全国政协委员,中国民主同盟第十三届中央委员会常委,首都名世界杯202212强赛程表 ,享受国务院政府特殊津贴专家,...[详细]
2025-06-12 15:01
医院动态 特色诊疗