Artificial intelligence and machine learning‐aided drug discovery in central nervous system diseases: State‐of‐the‐arts and future directions

药物发现 计算机科学 药物重新定位 人工智能 重新调整用途 药品 机器学习 医学 数据科学 神经科学 生物信息学 药理学 生物 生态学
作者
Sezen Vatansever,Avner Schlessinger,Daniel Wacker,H. Ümit Kanıskan,Jian Jin,Ming‐Ming Zhou,Bin Zhang
出处
期刊:Medicinal Research Reviews [Wiley]
卷期号:41 (3): 1427-1473 被引量:242
标识
DOI:10.1002/med.21764
摘要

Abstract Neurological disorders significantly outnumber diseases in other therapeutic areas. However, developing drugs for central nervous system (CNS) disorders remains the most challenging area in drug discovery, accompanied with the long timelines and high attrition rates. With the rapid growth of biomedical data enabled by advanced experimental technologies, artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) have emerged as an indispensable tool to draw meaningful insights and improve decision making in drug discovery. Thanks to the advancements in AI and ML algorithms, now the AI/ML‐driven solutions have an unprecedented potential to accelerate the process of CNS drug discovery with better success rate. In this review, we comprehensively summarize AI/ML‐powered pharmaceutical discovery efforts and their implementations in the CNS area. After introducing the AI/ML models as well as the conceptualization and data preparation, we outline the applications of AI/ML technologies to several key procedures in drug discovery, including target identification, compound screening, hit/lead generation and optimization, drug response and synergy prediction, de novo drug design, and drug repurposing. We review the current state‐of‐the‐art of AI/ML‐guided CNS drug discovery, focusing on blood–brain barrier permeability prediction and implementation into therapeutic discovery for neurological diseases. Finally, we discuss the major challenges and limitations of current approaches and possible future directions that may provide resolutions to these difficulties.
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