|
ИИ и квантовая механика объединяются для разработки лекарств
|
|
|
|
Разработка лекарств во многом похожа на сборку пазла. Химические соединения, лежащие в основе молекул лекарств, должны иметь форму, соответствующую белкам в нашем организме, чтобы оказывать терапевтический эффект. Это требование к тщательной подгонке означает, что создание новых лекарств является чрезвычайно сложным и трудоемким процессом.
|
|
|
|
Чтобы ускорить процесс подбора головоломок, исследователи из SMU создали SmartCADD. Этот виртуальный инструмент с открытым исходным кодом сочетает в себе искусственный интеллект, квантовую механику и методы компьютерного проектирования лекарств (CADD), что ускоряет поиск химических соединений и значительно сокращает сроки разработки лекарств. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Journal of Chemical Information and Modeling, исследователи продемонстрировали способность SmartCADD выявлять перспективные лекарства от ВИЧ-инфекции.
|
|
|
|
Этот новый инструмент появился в результате междисциплинарного сотрудничества между химическим факультетом SMU в Колледже гуманитарных наук Дедмана и кафедрой компьютерных наук в инженерной школе Лайла.
|
|
|
|
|
|
|
"Существует настоятельная необходимость в открытии новых классов лекарств, таких как антибиотики, средства для лечения рака, противовирусные препараты и многое другое", - говорит Эльфи Крака, руководитель группы вычислительной и теоретической химии (CATCO) в SMU. "Несмотря на быстрое внедрение искусственного интеллекта во многих областях, до сих пор не решались использовать его в научных исследованиях, главным образом из-за его непрозрачности и качества данных, используемых для обучения. SmartCADD решает эти проблемы и может анализировать миллиарды химических соединений за один день, что значительно сокращает время, необходимое для выявления перспективных лекарственных препаратов".
|
|
|
|
Как работает SmartCADD
|
|
|
|
SmartCADD сочетает в себе модели глубокого обучения, процессы фильтрации и понятный искусственный интеллект для проверки баз данных о химических соединениях, которые используются для определения потенциальных поставщиков лекарств. Инструмент состоит из двух основных компонентов: конвейерного интерфейса SmartCADD, который собирает данные и запускает фильтры, и интерфейса фильтра, который сообщает системе, как должен работать каждый фильтр. Эти встроенные фильтры помогают на различных этапах тестирования химических соединений. Они могут помочь предсказать, как лекарство будет вести себя в организме, смоделировать, как будут выглядеть структуры лекарств, используя 2D и 3D параметры, и использовать модель искусственного интеллекта, которая объясняет принимаемые решения.
|
|
|
|
Исследователи продемонстрировали платформу SmartCADD на примере трех различных тематических исследований лекарств, используемых для лечения ВИЧ, и обнаружили, что несколько белков, которые существуют в вирусе, считаются многообещающими мишенями. SmartCADD использовал данные из библиотеки MoleculeNet для создания и поиска в базе данных из 800 миллионов химических соединений и определил, что 10 миллионов могут использоваться в качестве лекарств от ВИЧ. Затем он использовал фильтры для поиска соединений, которые наилучшим образом соответствуют уже одобренным препаратам от ВИЧ.
|
|
|
|
В то время как исследователи сосредоточились на целях исследования, связанных с ВИЧ, они подчеркнули, что SmartCADD универсален и может быть применен к другим каналам разработки лекарств.
|
|
|
|
"Это удобная в использовании платформа виртуального скрининга, которая предоставляет исследователям высокоинтегрированную и гибкую основу для создания конвейеров поиска лекарств", - сказал Кори Кларк, доцент кафедры компьютерных наук в инженерной школе Лайла и заместитель директора по исследованиям в SMU Guildhall. "Мы собираемся продолжить работу по дальнейшему расширению возможностей химии и машинного обучения. Проект и его возможности действительно интересны, и я знаю, что следующий этап станет еще большим шагом вперед, чем предыдущий".
|
|
Сотрудничество делает возможным SmartCADD
|
|
|
|
В статье также подчеркивается важность междисциплинарного сотрудничества в SMU. Помимо Краки и Кларка, в число авторов входят научный сотрудник по химии, докторант Айеш Мадушанка, и аспирант по информатике Эли Лэрд.
|
|
|
|
"Для достижения подлинного успеха в таких областях, как разработка лекарств, требуются совместные усилия", - сказал Мадушанка. "Я уверен, что если бы над этим работал только химический факультет, конечный продукт не получился бы таким, как сейчас. Междисциплинарное сотрудничество позволяет по-новому взглянуть на одну и ту же идею, помогая ее усовершенствовать".
|
|
|
|
Лэрд добавляет: "Междисциплинарные исследования абсолютно необходимы для достижения серьезных научных успехов, которые действительно влияют на реальный мир. Это основное направление деятельности SMU и главная причина, по которой я хотел получить степень доктора философии именно здесь. Эффективные исследования не могут проводиться в рамках одной области. Чтобы генерировать идеи, которые превратятся в настоящие инновации, необходимо широко рассматривать различные дисциплины. Прорывы часто происходят на стыке различных областей, и именно там я стремлюсь позиционировать свои исследования".
|
|
|
|
Источник
|
