🧬 GEMCODE: Генеративный метод для разработки сокристаллов с улучшенной таблетируемостью.

GEMCODE - это конвейер, разработанный специалистами Ивановского государственного химико-технологического университета, для ускоренной разработки действующих веществ лекарственных средств, позволяющий быстро генерировать уникальные и валидные химические структуры коформеров с высокой вероятностью образования сокристаллов и целевыми профилями таблетируемости.

GEMCODE основан на гибридизации генеративных моделей и эволюционной оптимизации, что позволяет проводить более широкий поиск в целевом химическом пространстве.

Для обучения моделей использовался набор данных, состоящий из 1,75 млн. химических структур из базы данных ChEMBL, и специализированный набор данных, содержащий 4227 уникальных структур коформеров.

Для прогнозирования механических свойств сгенерированных молекул была использована библиотека GOLEM и разработанные модели ML.

GEMCODE состоит из четырех основных компонентов:

1) Генерация кандидатов коформеров: Обученные генеративные модели (GAN, T-VAE, T-CVAE) создают SMILES-представления структур, подобных коформерам.
2) Прогнозирование механических свойств: Сгенерированные молекулы и терапевтические соединения подаются в обученные ML-модели, которые предсказывают механические свойства потенциальных сокристаллов.
3) Эволюционная оптимизация: Эволюционный алгоритм в сочетании с ML- моделями улучшает профили таблетируемости сгенерированных коформеров.
4) Ранжирование по вероятности образования сокристаллов: GNN оценивает и ранжирует пары лекарств и коформеров в соответствии с вероятностью образования сокристаллов.
Для оценки вероятности образования сокристаллов применялась предварительно обученная GNN CCGNet.

Эксперименты показали, что:

T-CVAE генерирует наибольшее количество кандидатов коформеров с целевыми свойствами таблетируемости (5,63%).
Эволюционная оптимизация значительно повышает вероятность того, что коформеры будут обладать желаемыми механическими свойствами.
GEMCODE успешно обнаружил экспериментально подтвержденные коформеры для никорандила, ривароксабана и парацетамола, а также предсказал новые потенциальные коформеры для никорандила.

▪Arxiv
▪Github

@machinelearning_interview