A foundation model for clinician-centered drug repurposing

药物重新定位 基础(证据) 重新调整用途 药品 医学 药理学 重症监护医学 计算生物学 生物 政治学 法学 生态学
作者
Kexin Huang,Payal Chandak,Qianwen Wang,Shreyas Havaldar,Akhil Vaid,Jure Leskovec,Girish N. Nadkarni,Benjamin S. Glicksberg,Nils Gehlenborg,Marinka Žitnik
出处
期刊:Nature Medicine [Nature Portfolio]
卷期号:30 (12): 3601-3613 被引量:137
标识
DOI:10.1038/s41591-024-03233-x
摘要

Drug repurposing-identifying new therapeutic uses for approved drugs-is often a serendipitous and opportunistic endeavour to expand the use of drugs for new diseases. The clinical utility of drug-repurposing artificial intelligence (AI) models remains limited because these models focus narrowly on diseases for which some drugs already exist. Here we introduce TxGNN, a graph foundation model for zero-shot drug repurposing, identifying therapeutic candidates even for diseases with limited treatment options or no existing drugs. Trained on a medical knowledge graph, TxGNN uses a graph neural network and metric learning module to rank drugs as potential indications and contraindications for 17,080 diseases. When benchmarked against 8 methods, TxGNN improves prediction accuracy for indications by 49.2% and contraindications by 35.1% under stringent zero-shot evaluation. To facilitate model interpretation, TxGNN's Explainer module offers transparent insights into multi-hop medical knowledge paths that form TxGNN's predictive rationales. Human evaluation of TxGNN's Explainer showed that TxGNN's predictions and explanations perform encouragingly on multiple axes of performance beyond accuracy. Many of TxGNN's new predictions align well with off-label prescriptions that clinicians previously made in a large healthcare system. TxGNN's drug-repurposing predictions are accurate, consistent with off-label drug use, and can be investigated by human experts through multi-hop interpretable rationales.
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