• شماره ركورد
    33658
  • پديد آورنده

    حسين شيراني

  • عنوان
    كاربرد يادگيري ماشين با استفاده از داده¬هاي كوانتومي در تخمين پتانسيل¬هاي درون مولكولي براي ساختارهاي دارويي
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    شيمي فيزيك
  • سال تحصيل
    1397
  • تاريخ دفاع
    1404/05/04
  • استاد راهنما
    سيد مجيد هاشميان زاده
  • استاد مشاور
    ندارد
  • دانشكده
    شيمي
  • چكيده
    سطح انرژي پتانسيل به‌عنوان يكي از كليدي‌ترين مفاهيم در درك رفتارهاي شيميايي و فيزيكي سيستم‌هاي مولكولي محسوب مي‌شود. در طراحي دارو، بررسي دقيق اين سطوح، نقش پايه¬اي در بهينه‌سازي برهم‌كنش‌هاي دارو-پروتئين، افزايش انتخاب‌پذيري دارو و كاهش اثرات جانبي دارد. روش‌هاي رايج محاسبات مكانيك كوانتومي مانند نظريه تابعي چگالي گرچه دقيق‌اند ولي براي سيستم‌هاي مولكولي بزرگ پرهزينه و زمان‌بر هستند. در اين پژوهش از يك پتانسيل شبكه عصبي عميق¬ تحت عنوان ANI-1x به عنوان يك ابزار يادگيري ماشين، براي تخمين سطوح انرژي پتانسيل ساختار مولكولي دو داروي لوودوپا و رسوراترول مورد استفاده در درمان بيماري پاركينسون استفاده شده است. ما در اين پژوهش نشان داديم كه مدل شبكه عصبي عميق¬ ANI-1x¬ آموزش ديده بر روي داده¬هاي كوانتومي، اين توانايي را دارد كه با دقت بالا و سرعت هزاران برابر بيشتر نسبت به روش¬هاي معمول نظريه تابعي چگالي، سطوح انرژي پتانسيل ساختارهاي مولكولي دو داروي مورد مطالعه در اين پژوهش را پيش‌بيني كند. انرژي‌هاي الكتروني و پارامترهاي ساختاري محاسبه‌شده توسط نظريه تابعي چگالي با استفاده از روش wB97X و تمامي مجموعه‌هاي پايه پاپل نشان داد كه مجموعه پايه 6-31G(d) هنگامي كه با تابع هيبريدي wB97X استفاده مي‌شود، رفتاري مشابه با ANI-1x نشان مي‌دهد. همچنين بررسي فركانس‌هاي ارتعاشي مولكول يك همبستگي خطي بين داده‌هاي كوانتومي و يادگيري ماشين را نشان داد. محاسبات انجام شده جهت بهينه¬سازي ساختار مولكولي و استخراج سطوح انرژي پتانسيل مولكولي داروها با روش ANI-1x به حداقل منابع محاسباتي نياز داشتند. بنابراين رويكرد استفاده از ابزار محاسباتي ANI-1x در مطالعات كشف دارو و طراحي دارو مبتني بر ساختار¬ مي¬تواند يك راهبرد باشد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/06/27
  • عنوان به انگليسي
    Utilization of Machine Learning Using Quantum Data to Predict Intramolecular Potentials for Pharmaceutical Structures
  • تاريخ بهره برداري
    1/1/1900 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    حسين شيراني

  • چكيده به لاتين
    The potential energy surface is considered one of the most fundamental concepts in understan‎ding the chemical an‎d physical behaviors of molecular systems. In drug design, detailed examination of these surfaces plays a foundational role in optimizing drug–protein interactions, enhancing drug selec‎tivity an‎d reducing side effects. Common quantum mechanical computational methods such as Density Functional Theory (DFT), although accurate, are costly an‎d time-consuming for large molecular systems. In this study, a deep neural network potential known as ANI-1x was employed as a machine learning tool to estimate the potential energy surfaces of the molecular structures of two drugs—Levodopa an‎d Resveratrol—used in the treatment of Parkinson’s disease. We demonstrated that the ANI-1x deep neural network model, trained on quantum data, is capable of predicting the potential energy surfaces of the molecular structures of the two studied drugs with high accuracy an‎d at speeds thousan‎ds of times faster than conventional DFT methods. The electronic energies an‎d structural parameters calculated using DFT with the wB97X functional an‎d all Pople basis sets showed that the 6-31G(d) basis set, when used with the wB97X hybrid functional, exhibits behavior similar to ANI-1x. Furthermore, analysis of the vibrational frequencies of the molecule revealed a linear correlation between quantum data an‎d machine learning predictions. The computations performed for molecular structure optimization an‎d extraction of molecular potential energy surfaces using the ANI-1x method required minimal computational resources. Therefore, the approach of using the ANI-1x computational tool in structure-based drug discovery an‎d design studies can serve as a strategic method.
  • كليدواژه هاي فارسي
    سطح انرژي پتانسيل , يادگيري ماشين , پتانسيل شبكه عصبي عميق , محاسبات كوانتومي , پاركينسون , لوودوپا , رسوراترول
  • كليدواژه هاي لاتين
    Potential energy surface , machine learning , deep neural network potential , quantum computations , Parkinson’s disease , Levodopa , Resveratrol
  • Author
    Hossein Shirani
  • SuperVisor
    Seyed Majid Hashemianzadeh