Application of Deep Neural Network Models in Drug Discovery Programs

药物发现 计算机科学 广告 可解释性 深度学习 机器学习 人工智能 人工神经网络 生物信息学 药品 数据挖掘 生物信息学 生物 生物化学 基因 药理学
作者
Christoph Grebner,Hans Matter,Daniel Kofink,Jan Wenzel,Friedemann Schmidt,Gerhard Heßler
出处
期刊:ChemMedChem [Wiley]
卷期号:16 (24): 3772-3786 被引量:42
标识
DOI:10.1002/cmdc.202100418
摘要

Abstract In silico driven optimization of compound properties related to pharmacokinetics, pharmacodynamics, and safety is a key requirement in modern drug discovery. Nowadays, large and harmonized datasets allow to implement deep neural networks (DNNs) as a framework for leveraging predictive models. Nevertheless, various available model architectures differ in their global applicability and performance in lead optimization projects, such as stability over time and interpretability of the results. Here, we describe and compare the value of established DNN‐based methods for the prediction of key ADME property trends and biological activity in an industrial drug discovery environment, represented by microsomal lability, CYP3A4 inhibition and factor Xa inhibition. Three architectures are exemplified, our earlier described multilayer perceptron approach (MLP), graph convolutional network‐based models (GCN) and a vector representation approach, Mol2Vec. From a statistical perspective, MLP and GCN were found to perform superior over Mol2Vec, when applied to external validation sets. Interestingly, GCN‐based predictions are most stable over a longer period in a time series validation study. Apart from those statistical observations, DNN prove of value to guide local SAR. To illustrate this important aspect in pharmaceutical research projects, we discuss challenging applications in medicinal chemistry towards a more realistic picture of artificial intelligence in drug discovery.
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