由于肿瘤的异质性，在个性化的基础上预测抗癌药物的临床结局在癌症治疗中具有挑战性。已经采取了传统的计算努力来建模药物反应对通过其分子概况描绘的单个样品的影响，但由于OMICS数据的高维度而发生过度拟合，因此阻碍了临床应用的模型。最近的研究表明，深度学习是通过学习药物和样品之间的学习对准模式来建立药物反应模型的一种有前途的方法。但是，现有研究采用了简单的特征融合策略，仅考虑了整个药物特征，同时忽略了在对齐药物和基因时可能起着至关重要的作用的亚基信息。特此在本文中，我们提出了TCR（基于变压器的癌症药物反应网络），以预测抗癌药物反应。通过利用注意机制，TCR能够在我们的研究中有效地学习药物原子/子结构和分子特征之间的相互作用。此外，设计了双重损耗函数和交叉抽样策略，以提高TCR的预测能力。我们表明，TCR在所有评估矩阵上（一些具有显着改进）的各种数据分裂策略下优于所有其他方法。广泛的实验表明，TCR在独立的体外实验和体内实际患者数据上显示出显着提高的概括能力。我们的研究强调了TCR的预测能力及其对癌症药物再利用和精度肿瘤治疗的潜在价值。

Cancer is one of the leading causes of death worldwide. It is caused by a variety of genetic mutations, which makes every instance of the disease unique. Since chemotherapy can have extremely severe side effects, each patient requires a personalized treatment plan. Finding the dosages that maximize the beneficial effects of the drugs and minimize their adverse side effects is vital. Deep neural networks automate and improve drug selection. However, they require a lot of data to be trained on. Therefore, there is a need for machine-learning approaches that require less data. Hybrid quantum neural networks were shown to provide a potential advantage in problems where training data availability is limited. We propose a novel hybrid quantum neural network for drug response prediction, based on a combination of convolutional, graph convolutional, and deep quantum neural layers of 8 qubits with 363 layers. We test our model on the reduced Genomics of Drug Sensitivity in Cancer dataset and show that the hybrid quantum model outperforms its classical analog by 15% in predicting IC50 drug effectiveness values. The proposed hybrid quantum machine learning model is a step towards deep quantum data-efficient algorithms with thousands of quantum gates for solving problems in personalized medicine, where data collection is a challenge.

Molecular "fingerprints" encoding structural information are the workhorse of cheminformatics and machine learning in drug discovery applications. However, fingerprint representations necessarily emphasize particular aspects of the molecular structure while ignoring others, rather than allowing the model to make datadriven decisions. We describe molecular graph convolutions, a machine learning architecture for learning from undirected graphs, specifically small molecules. Graph convolutions use a simple encoding of the molecular graph-atoms, bonds, distances, etc.-which allows the model to take greater advantage of information in the graph structure. Although graph convolutions do not outperform all fingerprint-based methods, they (along with other graph-based methods) represent a new paradigm in ligand-based virtual screening with exciting opportunities for future improvement.

预测药物目标相互作用是药物发现的关键。最近基于深度学习的方法显示出令人鼓舞的表现，但仍有两个挑战：（i）如何明确建模并学习药物与目标之间的局部互动，以更好地预测和解释； （ii）如何从不同分布的新型药物目标对上概括预测性能。在这项工作中，我们提出了Dugban，这是一个深层双线性注意网络（BAN）框架，并适应了域的适应性，以明确学习药物与目标之间的配对局部相互作用，并适应了分布数据外的数据。 Dugban在药物分子图和靶蛋白序列上进行预测的作品，有条件结构域对抗性学习，以使跨不同分布的学习相互作用表示，以更好地对新型药物目标对进行更好的概括。在内域和跨域设置下，在三个基准数据集上进行的实验表明，对于五个最先进的基准，Dugban取得了最佳的总体表现。此外，可视化学习的双线性注意图图提供了可解释的见解，从预测结果中提供了可解释的见解。

药物目标亲和力（DTA）预测是药物发现和药物研究的重要任务。 DTA的准确预测可以极大地受益于新药的设计。随着湿实验的昂贵且耗时，DTA预测的监督数据非常有限。这严重阻碍了基于深度学习的方法的应用，这些方法需要大量的监督数据。为了应对这一挑战并提高DTA预测准确性，我们在这项工作中提出了一个具有几种简单但有效的策略的框架：（1）多任务培训策略，该策略将DTA预测和蒙版语言建模（MLM）任务采用配对的药品目标数据集； （2）一种半监督的训练方法，通过利用大规模的未配对分子和蛋白质来赋予药物和靶向代表性学习，这与以前仅利用仅利用预训练的预训练和微调方法，这些方法仅利用前培训和微调方法训练; （3）一个交叉意见模块，以增强药物和靶代表性之间的相互作用。在三个现实世界基准数据集上进行了广泛的实验：BindingDB，Davis和Kiba。结果表明，我们的框架大大优于现有方法，并实现最先进的性能，例如，$ 0.712 $ rmse在bindingdb ic $ _ {50} $测量上，比以前的最佳工作要改善了$ 5 \％。此外，关于特定药物目标结合活动，药物特征可视化和现实世界应用的案例研究证明了我们工作的巨大潜力。代码和数据在https://github.com/qizhipei/smt-dta上发布

作为药物开发的必要过程，找到可以选择性地与特定蛋白质结合的药物化合物是高度挑战性和昂贵的。代表药物目标相互作用（DTI）强度的药物目标亲和力（DTA）在过去十年中在DTI预测任务中发挥了重要作用。尽管已将深度学习应用于与DTA相关的研究，但现有的解决方案忽略了分子亚结构之间的基本相关性，在分子代表学习药物化合物分子/蛋白质靶标之间。此外，传统方法缺乏DTA预测过程的解释性。这导致缺少分子间相互作用的特征信息，从而影响预测性能。因此，本文提出了一种使用交互式学习和自动编码器机制的DTA预测方法。提出的模型增强了通过药物/蛋白质分子表示学习模块捕获单个分子序列的特征信息的相应能力，并通过交互式信息学习模块补充了分子序列对之间的信息相互作用。 DTA值预测模块融合了药物目标对相互作用信息，以输出DTA的预测值。此外，从理论上讲，本文提出的方法最大化了DTA预测模型联合分布的证据下限（ELBO），从而增强了实际值和预测值之间概率分布的一致性。实验结果证实了相互变压器 - 药物目标亲和力（MT-DTA）的性能比其他比较方法更好。

在三维分子结构上运行的计算方法有可能解决生物学和化学的重要问题。特别地，深度神经网络的重视，但它们在生物分子结构域中的广泛采用受到缺乏系统性能基准或统一工具包的限制，用于与分子数据相互作用。为了解决这个问题，我们呈现Atom3D，这是一个新颖的和现有的基准数据集的集合，跨越几个密钥的生物分子。我们为这些任务中的每一个实施多种三维分子学习方法，并表明它们始终如一地提高了基于单维和二维表示的方法的性能。结构的具体选择对于性能至关重要，具有涉及复杂几何形状的任务的三维卷积网络，在需要详细位置信息的系统中表现出良好的图形网络，以及最近开发的设备越多的网络显示出显着承诺。我们的结果表明，许多分子问题符合三维分子学习的增益，并且有可能改善许多仍然过分曝光的任务。为了降低进入并促进现场进一步发展的障碍，我们还提供了一套全面的DataSet处理，模型培训和在我们的开源ATOM3D Python包中的评估工具套件。所有数据集都可以从https://www.atom3d.ai下载。

The development of deep neural networks has improved representation learning in various domains, including textual, graph structural, and relational triple representations. This development opened the door to new relation extraction beyond the traditional text-oriented relation extraction. However, research on the effectiveness of considering multiple heterogeneous domain information simultaneously is still under exploration, and if a model can take an advantage of integrating heterogeneous information, it is expected to exhibit a significant contribution to many problems in the world. This thesis works on Drug-Drug Interactions (DDIs) from the literature as a case study and realizes relation extraction utilizing heterogeneous domain information. First, a deep neural relation extraction model is prepared and its attention mechanism is analyzed. Next, a method to combine the drug molecular structure information and drug description information to the input sentence information is proposed, and the effectiveness of utilizing drug molecular structures and drug descriptions for the relation extraction task is shown. Then, in order to further exploit the heterogeneous information, drug-related items, such as protein entries, medical terms and pathways are collected from multiple existing databases and a new data set in the form of a knowledge graph (KG) is constructed. A link prediction task on the constructed data set is conducted to obtain embedding representations of drugs that contain the heterogeneous domain information. Finally, a method that integrates the input sentence information and the heterogeneous KG information is proposed. The proposed model is trained and evaluated on a widely used data set, and as a result, it is shown that utilizing heterogeneous domain information significantly improves the performance of relation extraction from the literature.

协同的药物组合为增强治疗功效和减少不良反应提供了巨大的潜力。然而，由于未知的因果疾病信号通路，有效和协同的药物组合预测仍然是一个悬而未决的问题。尽管已经提出了各种深度学习（AI）模型来定量预测药物组合的协同作用。现有深度学习方法的主要局限性是它们本质上是不可解释的，这使得AI模型的结论是对人类专家的非透明度的结论，因此限制了模型结论的鲁棒性和这些模型在现实世界中的实施能力人类医疗保健。在本文中，我们开发了一个可解释的图神经网络（GNN），该神经网络（GNN）揭示了通过挖掘非常重要的亚分子网络来揭示协同（MOS）的基本基本治疗靶标和机制。可解释的GNN预测模型的关键点是一个新颖的图池层，基于自我注意的节点和边缘池（此后为SANEPOOL），可以根据节点特征和图表计算节点和边缘的注意力评分（重要性）拓扑。因此，提出的GNN模型提供了一种系统的方法来预测和解释基于检测到的关键亚分子网络的药物组合协同作用。我们评估了来自NCI Almanac药物组合筛查数据的46个核心癌症信号通路和药物组合的基因制造的分子网络。实验结果表明，1）Sanepool可以在其他流行的图神经网络中实现当前的最新性能； 2）由SANEPOOOL检测到的亚分子网络是可自我解释的，并且可以鉴定协同的药物组合。

准确的药物反应预测（DRP）是精密药物中至关重要的，挑战性的任务。本文介绍了DRP的新型注意力指导多OMICS集成（AGMI）方法，首先为每个细胞系构建多边图（MEG），然后聚集多个OMICS功能以使用新颖结构预测药物响应，称为图形边缘感知网络（Genet）。我们的AGMI方法首次探讨了使用GNN的全基因组的基于Gene约束的多OMIC集成。CCL和GDSC数据集上的实证实验表明，我们的AGMI主要优于最先进的DRP方法8.3％ - 34.2％在四个指标上。我们的数据和代码可在https://github.com/yivan-wyygdsg/agmi获得。

药物建议是医疗保健的AI的重要任务。现有作品的重点是仅根据其电子健康记录，为具有复杂健康状况的患者推荐药物组合。因此，它们具有以下局限性：（1）在建议过程中尚未使用一些重要数据，例如药物分子结构。 （2）对药物 - 药物相互作用（DDI）进行隐式建模，这可以导致亚最佳结果。为了解决这些局限性，我们提出了一个名为SAFEDRUG的DDI可控制的药物建议模型，以明确利用药物的分子结构和DDIS模型。 SAFEDRUG配备了全球消息传递神经网络（MPNN）模块和局部两部分学习模块，以完全编码药物分子的连通性和功能。 SAFEDRUG还具有可控的损失函数，可有效地控制建议的药物组合中的DDI水平。在基准数据集中，我们的SAFEDRUG相对显示可将DDI降低19.43％，并在推荐和实际规定的药物组合之间在以前的方法上的JACCARD相似性提高了2.88％。此外，SAFEDRUG还需要比以前的基于深度学习的方法更少的参数，从而使推理的训练更快约为14％，速度约为2倍。

生物医学网络是与疾病网络的蛋白质相互作用的普遍描述符，从蛋白质相互作用，一直到医疗保健系统和科学知识。随着代表学习提供强大的预测和洞察的显着成功，我们目睹了表现形式学习技术的快速扩展，进入了这些网络的建模，分析和学习。在这篇综述中，我们提出了一个观察到生物学和医学中的网络长期原则 - 而在机器学习研究中经常出口 - 可以为代表学习提供概念基础，解释其当前的成功和限制，并告知未来进步。我们综合了一系列算法方法，即在其核心利用图形拓扑到将网络嵌入到紧凑的向量空间中，并捕获表示陈述学习证明有用的方式的广度。深远的影响包括鉴定复杂性状的变异性，单细胞的异心行为及其对健康的影响，协助患者的诊断和治疗以及制定安全有效的药物。

阐明并准确预测分子的吸毒性和生物活性在药物设计和发现中起关键作用，并且仍然是一个开放的挑战。最近，图神经网络（GNN）在基于图的分子属性预测方面取得了显着进步。但是，当前基于图的深度学习方法忽略了分子的分层信息以及特征通道之间的关系。在这项研究中，我们提出了一个精心设计的分层信息图神经网络框架（称为hignn），用于通过利用分子图和化学合成的可见的无限元素片段来预测分子特性。此外，首先在Hignn体系结构中设计了一个插件功能的注意块，以适应消息传递阶段后自适应重新校准原子特征。广泛的实验表明，Hignn在许多具有挑战性的药物发现相关基准数据集上实现了最先进的预测性能。此外，我们设计了一种分子碎片的相似性机制，以全面研究Hignn模型在子图水平上的解释性，表明Hignn作为强大的深度学习工具可以帮助化学家和药剂师识别出设计更好分子的关键分子，以设计更好的分子，以设计出所需的更好分子。属性或功能。源代码可在https://github.com/idruglab/hignn上公开获得。

Molecular machine learning has been maturing rapidly over the last few years.Improved methods and the presence of larger datasets have enabled machine learning algorithms to make increasingly accurate predictions about molecular properties. However, algorithmic progress has been limited due to the lack of a standard benchmark to compare the efficacy of proposed methods; most new algorithms are benchmarked on different datasets making it challenging to gauge the quality of proposed methods. This work introduces MoleculeNet, a large scale benchmark for molecular machine learning. MoleculeNet curates multiple public datasets, establishes metrics for evaluation, and offers high quality open-source implementations of multiple previously proposed molecular featurization and learning algorithms (released as part of the DeepChem

我们提出了分子法律网络（MOOMIN）一种由阿斯利康肿瘤学家使用的多模式图神经网络，以预测用于癌症治疗的药物组合的协同作用。我们的模型基于药物蛋白质相互作用网络和元数据以多种尺度学习药物表示。对化合物和蛋白质的结构特性进行编码，以创建在双方相互作用图上运行的消息通话方案的顶点特征。传播消息形成多分辨率的药物表示，我们用来创建药物对描述符。通过调节癌细胞类型的药物组合表示形式，我们定义了一种协同评分功能，该功能可以感应地评分看不见的药物对。有关协同评分任务的实验结果表明，穆明的表现优于最先进的图形指纹，保持节点嵌入以及现有的深度学习方法。进一步的结果表明，我们的模型的预测性能对超参数变化是可靠的。我们证明该模型可以在癌细胞系组织中进行高质量的预测，样本外预测可以通过外部协同效应数据库进行验证，并且所提出的模型在学习方面有效。

从理论上讲，通过引入蛋白质3D结构信息，可以改善化合物蛋白结合亲和力（CPA）中计算模型的准确性。但是，由于缺乏有效编码信息蛋白质特征的有效方法，这些模型中的大多数仍然存在低精度。主要的挑战是如何结合多模式信息，例如蛋白质的残基序列，残基原子坐标和扭转角。为了解决这个问题，我们开发了快速的进化关注和彻底的图形神经网络（featnn），以促进蛋白质3D结构信息的应用以预测CPA。具体而言，我们建立了一种新型的端到端结构，以共同嵌入扭转矩阵，离散距离矩阵以及蛋白质和提取具有深图卷积层的复合特征的序列信息。此外，引入了一种新的成对映射注意机制，以全面了解蛋白质和化合物之间的潜在相互作用信息。在CPA预测中，R2系数升高约21.33％，在CPA预测中的各种最新基准都大大优于各种最新基线。因此，壮举为高度准确的CPA预测提供了出色的方法，并促进了候选药物的高通量虚拟筛查。

蛋白质 - 配体相互作用（PLIS）是生化研究的基础，其鉴定对于估计合理治疗设计的生物物理和生化特性至关重要。目前，这些特性的实验表征是最准确的方法，然而，这是非常耗时和劳动密集型的。在这种情况下已经开发了许多计算方法，但大多数现有PLI预测大量取决于2D蛋白质序列数据。在这里，我们提出了一种新颖的并行图形神经网络（GNN），以集成PLI预测的知识表示和推理，以便通过专家知识引导的深度学习，并通过3D结构数据通知。我们开发了两个不同的GNN架构，GNNF是采用不同特种的基础实现，以增强域名认识，而GNNP是一种新颖的实现，可以预测未经分子间相互作用的先验知识。综合评价证明，GNN可以成功地捕获配体和蛋白质3D结构之间的二元相互作用，对于GNNF的测试精度和0.958，用于预测蛋白质 - 配体络合物的活性。这些模型进一步适用于回归任务以预测实验结合亲和力，PIC50对于药物效力和功效至关重要。我们在实验亲和力上达到0.66和0.65的Pearson相关系数，分别在PIC50和GNNP上进行0.50和0.51，优于基于2D序列的模型。我们的方法可以作为可解释和解释的人工智能（AI）工具，用于预测活动，效力和铅候选的生物物理性质。为此，我们通过筛选大型复合库并将我们的预测与实验测量数据进行比较来展示GNNP对SARS-COV-2蛋白靶标的实用性。

虽然最近在许多科学领域都变得无处不在，但对其评估的关注较少。对于分子生成模型，最先进的是孤立或与其输入有关的输出。但是，它们的生物学和功能特性（例如配体 - 靶标相互作用）尚未得到解决。在这项研究中，提出了一种新型的生物学启发的基准，用于评估分子生成模型。具体而言，设计了三个不同的参考数据集，并引入了与药物发现过程直接相关的一组指标。特别是我们提出了一个娱乐指标，将药物目标亲和力预测和分子对接应用作为评估生成产量的互补技术。虽然所有三个指标均在测试的生成模型中均表现出一致的结果，但对药物目标亲和力结合和分子对接分数进行了更详细的比较，表明单峰预测器可能会导致关于目标结合在分子水平和多模式方法的错误结论，而多模式的方法是错误的结论。因此优选。该框架的关键优点是，它通过明确关注配体 - 靶标相互作用，将先前的物理化学域知识纳入基准测试过程，从而创建了一种高效的工具，不仅用于评估分子生成型输出，而且还用于丰富富含分子生成的输出。一般而言，药物发现过程。

人工智能（AI）已被广泛应用于药物发现中，其主要任务是分子财产预测。尽管分子表示学习中AI技术的繁荣，但尚未仔细检查分子性质预测的一些关键方面。在这项研究中，我们对三个代表性模型，即随机森林，莫尔伯特和格罗弗进行了系统比较，该模型分别利用了三个主要的分子表示，扩展连接的指纹，微笑的字符串和分子图。值得注意的是，莫尔伯特（Molbert）和格罗弗（Grover）以自我监督的方式在大规模的无标记分子库中进行了预定。除了常用的分子基准数据集外，我们还组装了一套与阿片类药物相关的数据集进行下游预测评估。我们首先对标签分布和结构分析进行了数据集分析；我们还检查了阿片类药物相关数据集中的活动悬崖问题。然后，我们培训了4,320个预测模型，并评估了学习表示的有用性。此外，我们通过研究统计测试，评估指标和任务设置的效果来探索模型评估。最后，我们将化学空间的概括分解为施加间和支柱内的概括，并测量了预测性能，以评估两种设置下模型的普遍性。通过采取这种喘息，我们反映了分子财产预测的基本关键方面，希望在该领域带来更好的AI技术的意识。

药物 - 药物相互作用（DDIS）可能会阻碍药物的功能，在最坏的情况下，它们可能导致不良药物反应（ADR）。预测所有DDI是一个具有挑战性且关键的问题。大多数现有的计算模型都集成了来自不同来源的药物中心信息，并利用它们作为机器学习分类器中的功能来预测DDIS。但是，这些模型有很大的失败机会，尤其是对于所有信息都没有可用的新药。本文提出了一个新型的HyperGraph神经网络（HYGNN）模型，仅基于用于DDI预测问题的任何药物的微笑串。为了捕获药物的相似性，我们创建了从微笑字符串中提取的药物的化学子结构中创建的超图。然后，我们开发了由新型的基于注意力的超图边缘编码器组成的HYGNN，以使药物的表示形式和解码器，以预测药物对之间的相互作用。此外，我们进行了广泛的实验，以评估我们的模型并将其与几种最新方法进行比较。实验结果表明，我们提出的HYGNN模型有效地预测了DDI，并以最大的ROC-AUC和PR-AUC分别超过基准，分别为97.9％和98.1％。