-
شماره ركورد
26705
-
پديد آورنده
مينا طباطبايي
-
عنوان
پيش بيني تركيبات دارويي جديد با استفاده از شبكه هاي عصبي
-
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
-
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر- نرمافزار
-
سال تحصيل
1398
-
تاريخ دفاع
1401/4/5
-
استاد راهنما
حسين رحماني
-
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
-
چكيده
تحقيقات نشان داده است كه تركيب داروها در مقايسه با تجويز دارو به صورت منفرد در معالجه بيماريهاي پيچيده مانند سرطان، فشارخون و بيماريهاي مسري اثر بخشي بيشتر و عوارض جانبي كمتري را بههمراه دارد و توجه محققان و شركتهاي دارويي بسياري را به خود جلب كرده است. تاثيرات تركيب داروها ميتواند همافزايي يا متعارض باشد. يك تركيب دارويي در صورتي همافزايي دارد كه تاثير تركيب داروها بيشتر از مجموع تاثير آنها به صورت انفرادي باشد و در حالت عكس با يكديگر در تعارض هستند. از طرفي شناسايي تركيبات جديد دارويي به عنوان يك روش درماني موثر به دليل زياد بودن تعداد حالات تركيب داروها زمانبر و پرهزينه است و استفاده از روشهاي محاسباتي براي پيشبيني تركيبات دارويي موثر باعث محدود كردن تعداد آزمايشهاي تجربي ميشود. در اين پاياننامه، ما به پيشنهاد دو روش پيشبيني تركيبات دارويي مبتني بر شبكهعصبي ميپردازيم و به اين منظور به استخراج طيف متنوعي از ويژگيها از جمله ساختار شيميايي، بيولوژيكي، دادههاي متني مقالات پزشكي، و ويژگيهاي تعاملات شبكههاي بيولوژيكي داروها پرداختيم. در اين راه، سعي بر غلبه بر چالشهاي مجموعهدادهها براي تركيبهاي موجود، كه شامل دادههاي كم و پراكنده و عدم تعادل نمونههاي مثبت و منفي داريم. ما از نمونهگيري منفي براي ايجاد دادههاي تعادلي استفاده كرديم و از روشهاي نظمدهي مختلف بهره برديم تا شانس بيشبرازش مدل ناشي از دادههاي آموزشي كوچك را كاهش دهيم. علاوه بر اين، خودرمزگذار و تحليل مؤلفه اصلي به عنوان رويكردهاي كاهش ابعاد براي به دست آوردن نمايش نهفته از دادههاي پراكنده استفاده ميشود. در روش پيشنهادي ديگر از تركيبي از مدلهاي خودرمزگذار گرافي كه از شبكه عصبي گرافي استفاده ميكنند، براي اولويتبندي تركيبات دارويي جديد و مؤثر بالقوه استفاده ميكنيم. در نهايت علاوه بر ارزيابي عددي، به ساخت گرافي از تركيبات دارويي پيشبينيشده جديد كه از نظر بيولوژيكي با الگوهاي جالب تفسير ميشوند، پرداختيم. ميانگين امتياز AUC هشت مدل قبلي نيز با روشهاي پيشنهادي مقايسه شده است و دو روش شبكه عصبي پيشخور و گرافي به ترتيب به طور متوسط 8٪ و 7.5٪ در مقايسه با ساير مدلها بهتر عمل كرده است.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1401/04/18
-
عنوان به انگليسي
Prediction of new drug combinations using neural networks
-
تاريخ بهره برداري
6/26/2023 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مينا طباطبايي
-
چكيده به لاتين
The possibility of treating complex disease using combination of drugs with increasing therapeutic efficacy and reducing toxicity and side effects has made this a vital strategy. Finding the synergistic combinations is usually done by trial and error, which can be time-consuming and costly due to the vast combinatorial search space, and it may cause unnecessary or even harmful treatment. Computational techniques can reduce the number of combinations that should be evaluated in an experimental environment. In this paper, we propose two neural network based methods to predict potential synergistic combinations using a varied range of features including chemical structure, biological, biomedical literature embedding, and biological networks interactions features of drugs. In the first method, which is based on the feedforward neural network, we tried to overcome the challenges of datasets for existing combinations, which include small and sparse data and imbalance positive and negative samples. We have applied negative sampling to create balance data and used different regularization methods, including activity regularization, dropout, and early stopping to decrease the chance of overfitting the model due to small training data. In addition, autoencoders and principal component analysis (PCA) are used as dimension reduction approaches to obtain latent representation from sparse data. Using ten-fold cross-validation, we succeed to achieve an AUC of 98 percent, outperforming previous state-of-the-art approaches by an average of 8%. In the second method, we combine multiple Graph Auto Encoder (GAE) models that use Graph Neural Network (GNN) to find new synergistic drug pairs. The comparison of this method with eight of the previous state-of-the-art models indicates its superiority, which outperforms them by an average of 7% w.r.t AUC score (AUC=0.974). In addition to numeral evaluation, we constructed a graph of newly predicted drug combinations that are biologically interpreted with interesting patterns. We successfully found drug combinations that were not available in DCDB, but are mentioned and discussed to be synergistic in recent medical papers. Network analysis based on anatomical chemotherapy (ATC) codes revealed that the network constructed of suggested synergestic combinations had a significant degree of homophily.
-
كليدواژه هاي فارسي
تركيبات دارويي , تاثيرات همافزا , روشهاي محاسباتي , يادگيري عميق
-
كليدواژه هاي لاتين
Drug Combinations , Synergistic effects , Computational techniques , Deep Learning
-
Author
Mina Tabatabaei
-
SuperVisor
Dr. Hossein Rahmani
-
لينک به اين مدرک :