Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım

Yıl 2023, , 137 - 144, 25.04.2023
https://doi.org/10.19113/sdufenbed.1182333

Öz

Aynı anda birden fazla ilaç kullanımında özellikle son yıllarda büyük artış görülmektedir. Bu durum ilaçlar arası reaksiyon olarak tanımlanan ilaç – ilaç etkileşimlerine yol açabilmektedir. Hastalarda oluşabilecek olumsuz durumların engellenmesi için ilaçlar arasındaki etkileşimlerin tahmin edilmesi gerekmektedir. İlaç – ilaç etkileşimlerinin tahmini genelde deneyler ile gerçekleştirmekte ve yoğun iş yükü gerektirmektedir. Klinisyenlerin daha doğru kararlar alması ve uygun tedavi programları oluşturması için literatürde otomatik ilaç – ilaç etkileşimi tahmini gerçekleştiren yaklaşımlar sıklıkla gerçekleştirilmiştir. Literatürde ilaç – ilaç etkileşimi tahmini için birçok çalışma geliştirilmesine rağmen, bu alanda hala belirgin kısıtlamalar mevcuttur. İlaç – ilaç etkileşimi tahmini alanında karşılaşılan kısıtlamaları minimize etmek amacıyla bu çalışmada ilaçların yapısal özellikleri kullanılarak literatürdeki çalışmalardan daha gelişmiş konvolüsyon sinir ağı modeli önerilmektedir. Önerilen yaklaşım, özellik çıkarma ve konvolüsyon sinir ağı modelinin tasarımı olmak üzere iki ana aşamada gerçekleştirilmektedir. Çalışmada kullanılan performans değerlendirme prosedürleri açısından, önerilen yaklaşımın başarısının ilaç – ilaç etkileşimi tahmini için tatmin edici olduğu açıkça görülmektedir.

Kaynakça

  • [1] Patton, K., Borshoff, D. C. 2018. Adverse drug reactions. Anaesthesia, 73, 76-84.
  • [2] Niu, J., Straubinger, R. M., Mager, D. E. 2019. Pharmacodynamic drug–drug interactions. Clinical Pharmacology & Therapeutics, 105(6), 1395-1406.
  • [3] Zhang, T., Leng, J., Liu, Y. 2020. Deep learning for drug–drug interaction extraction from the literature: a review. Briefings in bioinformatics, 21(5), 1609-1627.
  • [4] Han, K., Cao, P., Wang, Y., Xie, F., Ma, J., Yu, M., ... & Wan, J. 2021. A Review of Approaches for Predicting Drug-Drug Interactions Based on Machine Learning. Frontiers in Pharmacology, 12, 814858-814858.
  • [5] Sridhar, D., Fakhraei, S., Getoor, L. 2016. A probabilistic approach for collective similarity-based drug–drug interaction prediction. Bioinformatics, 32(20), 3175-3182.
  • [6] Fokoue, A., Sadoghi, M., Hassanzadeh, O., Zhang, P. 2016, May. Predicting drug-drug interactions through large-scale similarity-based link prediction. In European Semantic Web Conference, pp. 774-789. Springer, Cham.
  • [7] Ferdousi, R., Safdari, R., Omidi, Y. 2017. Computational prediction of drug-drug interactions based on drugs functional similarities. Journal of biomedical informatics, 70, 54-64.
  • [8] Zheng, Y., Peng, H., Zhang, X., Zhao, Z., Gao, X., Li, J. 2019. DDI-PULearn: a positive-unlabeled learning method for large-scale prediction of drug-drug interactions. BMC bioinformatics, 20(19), 1-12.
  • [9] Song, D., Chen, Y., Min, Q., Sun, Q., Ye, K., Zhou, C., ... & Liao, J. 2019. Similarity‐based machine learning support vector machine predictor of drug‐drug interactions with improved accuracies. Journal of clinical pharmacy and therapeutics, 44(2), 268-275.
  • [10] Ibrahim, H., El Kerdawy, A. M., Abdo, A., Eldin, A. S. 2021. Similarity-based machine learning framework for predicting safety signals of adverse drug–drug interactions. Informatics in Medicine Unlocked, 26, 100699.
  • [11] Yan, C., Duan, G., Zhang, Y., Wu, F. X., Pan, Y., Wang, J. 2020. Predicting drug-drug interactions based on integrated similarity and semi-supervised learning. IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics.
  • [12] Shi, J. Y., Huang, H., Li, J. X., Lei, P., Zhang, Y. N., Yiu, S. M. 2017, April. Predicting comprehensive drug-drug interactions for new drugs via triple matrix factorization. In International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering, pp. 108-117. Springer, Cham.
  • [13] Zhang, W., Chen, Y., Li, D., Yue, X. 2018. Manifold regularized matrix factorization for drug-drug interaction prediction. Journal of biomedical informatics, 88, 90-97.
  • [14] Shi, J. Y., Huang, H., Li, J. X., Lei, P., Zhang, Y. N., Dong, K., Yiu, S. M. 2018. TMFUF: a triple matrix factorization-based unified framework for predicting comprehensive drug-drug interactions of new drugs. BMC bioinformatics, 19(14), 27-37.
  • [15] Shtar, G., Rokach, L., Shapira, B. 2019. Detecting drug-drug interactions using artificial neural networks and classic graph similarity measures. PloS one, 14(8), e0219796.
  • [16] Rohani, N., Eslahchi, C., Katanforoush, A. 2020. Iscmf: Integrated similarity-constrained matrix factorization for drug–drug interaction prediction. Network Modeling Analysis in Health Informatics and Bioinformatics, 9(1), 1-8.
  • [17] Liu, S., Tang, B., Chen, Q., Wang, X. 2016. Drug-drug interaction extraction via convolutional neural networks. Computational and mathematical methods in medicine, 2016.
  • [18] Asada, M., Miwa, M., Sasaki, Y. 2017, August. Extracting drug-drug interactions with attention CNNs. In BioNLP 2017, pp. 9-18.
  • [19] Suárez-Paniagua, V., Segura-Bedmar, I. 2018. Evaluation of pooling operations in convolutional architectures for drug-drug interaction extraction. BMC bioinformatics, 19(8), 39-47.
  • [20] Wu, H., Xing, Y., Ge, W., Liu, X., Zou, J., Zhou, C., Liao, J. 2020. Drug-drug interaction extraction via hybrid neural networks on biomedical literature. Journal of biomedical informatics, 106, 103432.
  • [21] Deng, Y., Xu, X., Qiu, Y., Xia, J., Zhang, W., Liu, S. 2020. A multimodal deep learning framework for predicting drug–drug interaction events. Bioinformatics, 36(15), 4316-4322.
  • [22] Zhang, C., Lu, Y., Zang, T. 2022. CNN-DDI: a learning-based method for predicting drug–drug interactions using convolution neural networks. BMC bioinformatics, 23(1), 1-12.
  • [23] Feng, Y. H., Zhang, S. W., Zhang, Q. Q., Zhang, C. H., Shi, J. Y. 2022. deepMDDI: A deep graph convolutional network framework for multi-label prediction of drug-drug interactions. Analytical Biochemistry, 646, 114631.
  • [24] Wishart, D. S., Feunang, Y. D., Guo, A. C., Lo, E. J., Marcu, A., Grant, J. R., ... & Wilson, M. 2018. DrugBank 5.0: a major update to the DrugBank database for 2018. Nucleic acids research, 46(D1), D1074-D1082.

A Novel Convolutional Neural Network-based Approach for Prediction of Drug - Drug Interaction

Yıl 2023, , 137 - 144, 25.04.2023
https://doi.org/10.19113/sdufenbed.1182333

Öz

There has been a significant increase in the use of more than one drug, especially in recent years. Concomitant use of medications by a patient can lead to drug-drug interactions, which are defined as drug-to-drug reactions. In order to prevent adverse situations, it is necessary to predict the interactions that may occur between drugs. The prediction of drug-drug interactions is usually carried out with experiments and requires an intense workload. In order for clinicians to make more accurate decisions and create appropriate treatment programs, approaches that perform automatic prediction of drug-drug interaction have been frequently used in the literature. Although many studies have been developed in the literature for prediction of drug-drug interaction, there are still significant limitations in this area. In order to minimize the limitations encountered in prediction of drug-drug interaction, this study proposes a more advanced convolution neural network model than the studies in the literature, using the properties of drugs. The proposed approach is carried out in two main stages, feature extraction and design of the convolutional neural network model. In terms of results obtained with performance evaluation procedures, it is clear that the success of the proposed approach is superior to other approaches for prediction of drug-drug interaction.

Kaynakça

  • [1] Patton, K., Borshoff, D. C. 2018. Adverse drug reactions. Anaesthesia, 73, 76-84.
  • [2] Niu, J., Straubinger, R. M., Mager, D. E. 2019. Pharmacodynamic drug–drug interactions. Clinical Pharmacology & Therapeutics, 105(6), 1395-1406.
  • [3] Zhang, T., Leng, J., Liu, Y. 2020. Deep learning for drug–drug interaction extraction from the literature: a review. Briefings in bioinformatics, 21(5), 1609-1627.
  • [4] Han, K., Cao, P., Wang, Y., Xie, F., Ma, J., Yu, M., ... & Wan, J. 2021. A Review of Approaches for Predicting Drug-Drug Interactions Based on Machine Learning. Frontiers in Pharmacology, 12, 814858-814858.
  • [5] Sridhar, D., Fakhraei, S., Getoor, L. 2016. A probabilistic approach for collective similarity-based drug–drug interaction prediction. Bioinformatics, 32(20), 3175-3182.
  • [6] Fokoue, A., Sadoghi, M., Hassanzadeh, O., Zhang, P. 2016, May. Predicting drug-drug interactions through large-scale similarity-based link prediction. In European Semantic Web Conference, pp. 774-789. Springer, Cham.
  • [7] Ferdousi, R., Safdari, R., Omidi, Y. 2017. Computational prediction of drug-drug interactions based on drugs functional similarities. Journal of biomedical informatics, 70, 54-64.
  • [8] Zheng, Y., Peng, H., Zhang, X., Zhao, Z., Gao, X., Li, J. 2019. DDI-PULearn: a positive-unlabeled learning method for large-scale prediction of drug-drug interactions. BMC bioinformatics, 20(19), 1-12.
  • [9] Song, D., Chen, Y., Min, Q., Sun, Q., Ye, K., Zhou, C., ... & Liao, J. 2019. Similarity‐based machine learning support vector machine predictor of drug‐drug interactions with improved accuracies. Journal of clinical pharmacy and therapeutics, 44(2), 268-275.
  • [10] Ibrahim, H., El Kerdawy, A. M., Abdo, A., Eldin, A. S. 2021. Similarity-based machine learning framework for predicting safety signals of adverse drug–drug interactions. Informatics in Medicine Unlocked, 26, 100699.
  • [11] Yan, C., Duan, G., Zhang, Y., Wu, F. X., Pan, Y., Wang, J. 2020. Predicting drug-drug interactions based on integrated similarity and semi-supervised learning. IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics.
  • [12] Shi, J. Y., Huang, H., Li, J. X., Lei, P., Zhang, Y. N., Yiu, S. M. 2017, April. Predicting comprehensive drug-drug interactions for new drugs via triple matrix factorization. In International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering, pp. 108-117. Springer, Cham.
  • [13] Zhang, W., Chen, Y., Li, D., Yue, X. 2018. Manifold regularized matrix factorization for drug-drug interaction prediction. Journal of biomedical informatics, 88, 90-97.
  • [14] Shi, J. Y., Huang, H., Li, J. X., Lei, P., Zhang, Y. N., Dong, K., Yiu, S. M. 2018. TMFUF: a triple matrix factorization-based unified framework for predicting comprehensive drug-drug interactions of new drugs. BMC bioinformatics, 19(14), 27-37.
  • [15] Shtar, G., Rokach, L., Shapira, B. 2019. Detecting drug-drug interactions using artificial neural networks and classic graph similarity measures. PloS one, 14(8), e0219796.
  • [16] Rohani, N., Eslahchi, C., Katanforoush, A. 2020. Iscmf: Integrated similarity-constrained matrix factorization for drug–drug interaction prediction. Network Modeling Analysis in Health Informatics and Bioinformatics, 9(1), 1-8.
  • [17] Liu, S., Tang, B., Chen, Q., Wang, X. 2016. Drug-drug interaction extraction via convolutional neural networks. Computational and mathematical methods in medicine, 2016.
  • [18] Asada, M., Miwa, M., Sasaki, Y. 2017, August. Extracting drug-drug interactions with attention CNNs. In BioNLP 2017, pp. 9-18.
  • [19] Suárez-Paniagua, V., Segura-Bedmar, I. 2018. Evaluation of pooling operations in convolutional architectures for drug-drug interaction extraction. BMC bioinformatics, 19(8), 39-47.
  • [20] Wu, H., Xing, Y., Ge, W., Liu, X., Zou, J., Zhou, C., Liao, J. 2020. Drug-drug interaction extraction via hybrid neural networks on biomedical literature. Journal of biomedical informatics, 106, 103432.
  • [21] Deng, Y., Xu, X., Qiu, Y., Xia, J., Zhang, W., Liu, S. 2020. A multimodal deep learning framework for predicting drug–drug interaction events. Bioinformatics, 36(15), 4316-4322.
  • [22] Zhang, C., Lu, Y., Zang, T. 2022. CNN-DDI: a learning-based method for predicting drug–drug interactions using convolution neural networks. BMC bioinformatics, 23(1), 1-12.
  • [23] Feng, Y. H., Zhang, S. W., Zhang, Q. Q., Zhang, C. H., Shi, J. Y. 2022. deepMDDI: A deep graph convolutional network framework for multi-label prediction of drug-drug interactions. Analytical Biochemistry, 646, 114631.
  • [24] Wishart, D. S., Feunang, Y. D., Guo, A. C., Lo, E. J., Marcu, A., Grant, J. R., ... & Wilson, M. 2018. DrugBank 5.0: a major update to the DrugBank database for 2018. Nucleic acids research, 46(D1), D1074-D1082.
Toplam 24 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Ramazan Özgür Doğan 0000-0001-6415-5755

Hülya Doğan 0000-0003-3695-8539

Feride Sena Sezen 0000-0002-7379-2518

Yayımlanma Tarihi 25 Nisan 2023
Yayımlandığı Sayı Yıl 2023

Kaynak Göster

APA Doğan, R. Ö., Doğan, H., & Sezen, F. S. (2023). İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 27(1), 137-144. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.1182333
AMA Doğan RÖ, Doğan H, Sezen FS. İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım. Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg. Nisan 2023;27(1):137-144. doi:10.19113/sdufenbed.1182333
Chicago Doğan, Ramazan Özgür, Hülya Doğan, ve Feride Sena Sezen. “İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27, sy. 1 (Nisan 2023): 137-44. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.1182333.
EndNote Doğan RÖ, Doğan H, Sezen FS (01 Nisan 2023) İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27 1 137–144.
IEEE R. Ö. Doğan, H. Doğan, ve F. S. Sezen, “İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım”, Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg., c. 27, sy. 1, ss. 137–144, 2023, doi: 10.19113/sdufenbed.1182333.
ISNAD Doğan, Ramazan Özgür vd. “İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 27/1 (Nisan 2023), 137-144. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.1182333.
JAMA Doğan RÖ, Doğan H, Sezen FS. İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım. Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg. 2023;27:137–144.
MLA Doğan, Ramazan Özgür vd. “İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 27, sy. 1, 2023, ss. 137-44, doi:10.19113/sdufenbed.1182333.
Vancouver Doğan RÖ, Doğan H, Sezen FS. İlaç - İlaç Etkileşimi Tahmini için Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı Yeni Bir Yaklaşım. Süleyman Demirel Üniv. Fen Bilim. Enst. Derg. 2023;27(1):137-44.

e-ISSN :1308-6529
Linking ISSN (ISSN-L): 1300-7688

Dergide yayımlanan tüm makalelere ücretiz olarak erişilebilinir ve Creative Commons CC BY-NC Atıf-GayriTicari lisansı ile açık erişime sunulur. Tüm yazarlar ve diğer dergi kullanıcıları bu durumu kabul etmiş sayılırlar. CC BY-NC lisansı hakkında detaylı bilgiye erişmek için tıklayınız.