A model-agnostic framework to enhance knowledge graph-based drug combination prediction with drug–drug interaction data and supervised contrastive learning

计算机科学 机器学习 人工智能 图形 药品 药物与药物的相互作用 知识图 自然语言处理 理论计算机科学 医学 药理学
作者
Jeonghyeon Gu,Dongmin Bang,Jungseob Yi,Sangseon Lee,Dong Kyu Kim,Sun Kim
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:24 (5) 被引量:3
标识
DOI:10.1093/bib/bbad285
摘要

Combination therapies have brought significant advancements to the treatment of various diseases in the medical field. However, searching for effective drug combinations remains a major challenge due to the vast number of possible combinations. Biomedical knowledge graph (KG)-based methods have shown potential in predicting effective combinations for wide spectrum of diseases, but the lack of credible negative samples has limited the prediction performance of machine learning models. To address this issue, we propose a novel model-agnostic framework that leverages existing drug-drug interaction (DDI) data as a reliable negative dataset and employs supervised contrastive learning (SCL) to transform drug embedding vectors to be more suitable for drug combination prediction. We conducted extensive experiments using various network embedding algorithms, including random walk and graph neural networks, on a biomedical KG. Our framework significantly improved performance metrics compared to the baseline framework. We also provide embedding space visualizations and case studies that demonstrate the effectiveness of our approach. This work highlights the potential of using DDI data and SCL in finding tighter decision boundaries for predicting effective drug combinations.

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