Exploring Low-Toxicity Chemical Space with Deep Learning for Molecular Generation

化学空间 新颖性 药物发现 毒性 计算机科学 自编码 小分子 数量结构-活动关系 生成模型 人工智能 计算生物学 生化工程 机器学习 生成语法 生物 化学 深度学习 生物信息学 工程类 生物化学 哲学 神学 有机化学
作者
Yuwei Yang,Zhenxing Wu,Xiaojun Yao,Yu Kang,Tingjun Hou,Chang‐Yu Hsieh,Huanxiang Liu
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:62 (13): 3191-3199 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.2c00671
摘要

Creating a wide range of new compounds that not only have ideal pharmacological properties but also easily pass long-term toxicity evaluation is still a challenging task in current drug discovery. In this study, we developed a conditional generative model by combining a semisupervised variational autoencoder (SSVAE) with an MGA toxicity predictor. Our aim is to generate molecules with low toxicity, good drug-like properties, and structural diversity. For multiobjective optimization, we have developed a method with hierarchical constraints on the toxicity space of small molecules to generate drug-like small molecules, which can also minimize the effect on the diversity of generated results. The evaluation results of the metrics indicate that the developed model has good effectiveness, novelty, and diversity. The generated molecules by this model are mainly distributed in low-toxicity regions, which suggests that our model can efficiently constrain the generation of toxic structures. In contrast to simply filtering toxic ones after generation, the low-toxicity molecular generative model can generate molecules with structural diversity. Our strategy can be used in target-based drug discovery to improve the quality of generated molecules with low-toxicity, drug-like, and highly active properties.
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