JP2004507821A - ライブラリー構築ブロックの特徴からのコンビナトリアルライブラリー生成物の特性を決定するための方法、システムおよびコンピュータプログラム製品 - Google Patents

Abstract

本発明は、ライブラリー構築ブロックの特徴から、コンビナトリアルライブラリー生成物の特性を決定する。少なくとも１つの特徴は、複数の生成物を有するコンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについて決定される。生成物のトレーニングサブセットは、生成物から選択され、そして少なくとも１つの特性は、トレーニングサブセットの各生成物について決定される。構築ブロックセットは、トレーニングサブセットの各生成物について同定され、そしてインプット特徴ベクトルは、トレーニングサブセットの各生成物について、同定された構築ブロックの特徴から形成される。スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、トレーニングサブセットの各生成物についてのインプット特徴ベクトルを、トレーニングサブセットの各生成物についての対応する少なくとも１つの特性へと変換するマッピング関数を推論する。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、コンビナトリアル化学およびコンピュータ支援分子設計に関する。本発明はまた、パターン分析、情報提示、情報カルトグラフィおよびデータマイニングに関する。特に、本発明は、コンビナトリアル化学ライブラリー中の生成物の測定可能な特性または計算した特性をそれらの対応する試薬の特徴に基づいて推測することに関する。
【０００２】
（発明の背景）
アルゴリズムの効率は、コンピュータ薬物設計において長期にわたる目的である。効率についての必要性が、コンビナトリアル化学においてと同様に懇願されている他の問題は化学にはおそらく存在しない。関連分野の当業者によって理解されるように、大きなコンビナトリアル化学ライブラリーの仮想スクリーニングにおける重大な妨害は、生成物の明白な数え上げ法およびそれらの適切な特性の計算である。
【０００３】
それが分子の多様性、分子の類似性、構造−活性の相関または構造に基づく設計に基づこうとそうでなかろうと、コンビナトリアル実験の設計は代表的に、仮想ライブラリーにおけるあらゆる可能な生成物の数え上げおよび手元のアプリケーションに適切であると考えられる重要な分子特性の計算を含む。
【０００４】
【表１】

仮想ライブラリーをスクリーニングするための、生成物に基づくいくつかの方法論が開発されている。
【０００５】
【表２】

しかし、生成物に基づくこれらの方法論は、大きなコンビナトリアルライブラリー、すなわち、多数の可能な生成物を含むライブラリーに適用する場合、非現実的となる。このような場合、最も通常の解決法は、仮想ライブラリーからの生成物のより小さなサブセットへと注目を制限すること、または各置換部位が他の全てから独立しているとみなすことである。
【０００６】
【表３】

不幸にも、試薬に基づく設計と呼ばれる後者のアプローチはしばしば、最初の設計目的を満たすことに関して、劣った結果を生じる。
【０００７】
【表４】

それゆえ、上記で考察した限界を有さない、大きなコンビナトリアル化学ライブラリーをスクリーニングするために用いられ得る、方法、システムおよびコンピュータプログラム製品についての必要性が存在する。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、ライブラリー構築ブロックの特徴から、コンビナトリアルライブラリー生成物の特性を決定するための、方法、システムおよびコンピュータプログラム製品を提供する。
【０００９】
本明細書中で記載される通り、少なくとも１つの特徴は、複数の生成物を有するコンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについて決定される。生成物のトレーニングサブセットは、コンビナトリアルライブラリーの複数の生成物から選択され、そして少なくとも１つの特性は、生成物のトレーニングサブセットの各生成物について決定される。構築ブロックセットは、生成物のトレーニングサブセットの各生成物について同定され、そしてインプット特徴ベクトルは、生成物のトレーニングサブセットの各生成物について形成される。スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、生成物のトレーニングサブセットの各生成物についてのインプット特徴ベクトルを、生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての対応する少なくとも１つの特性へと変換するマッピング関数を推論する。マッピング関数を推論した後、これは、このライブラリーの他の生成物の特性を決定、推定または予想するために用いられる。他の生成物の特性は、推論されたマッピング関数を用いて、それらの対応するインプット特徴ベクトルから決定、推定または予想される。構築ブロックセットは、コンビナトリアルライブラリーの複数のさらなる生成物について同定される。インプット特徴ベクトルは、複数のさらなる生成物について形成される。複数のさらなる生成物についてのインプット特徴ベクトルは、マッピング関数を用いて変換されて、複数のさらなる生成物の各々についての少なくとも１つの推定特性が得られる。
【００１０】
本発明の実施形態では、測定値および／または計算値は両方とも、コンビナトリアルライブラリーの構築ブロックについての特徴として用いられる。測定値および／または計算値はまた両方とも、トレーニングサブセットの生成物についての特性として用いられる。本発明の実施形態では、構築ブロックの特徴の少なくとも１つは、生成物の特性の少なくとも１つと同じである。
【００１１】
本発明の実施形態では、マッピング関数は、多層パーセプトロンを用いて実行される。多層パーセプトロンは、生成物のトレーニングサブセットの各生成物についてのインプット特徴ベクトルおよび対応する少なくとも１つの特性を用いて、マッピング関数を実行するためにトレーニングされる。
【００１２】
本発明の実施形態では、コンビナトリアルライブラリーの構築ブロックとしては、コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる試薬が挙げられる。他の実施形態では、コンビナトリアルライブラリーの構築ブロックとしては、コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる試薬のフラグメントが挙げられる。なお他の実施形態では、コンビナトリアルライブラリーの構築ブロックとしては、コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる試薬の改変フラグメントが挙げられる。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点、ならびに本発明の種々の実施形態の構造および演算は、添付の図面を参照して、以下に詳細に記載される。
【００１４】
（本発明の詳細な説明）
本発明の実施形態は、ここで、図面を参照して記載される。図面においては、同様の参照番号は、同一または機能的に類似の構成要素を示す。図面においてはまた、各参照番号の最も左側の桁は、最初にその参照番号が用いられた図面に対応する。特定の構成および配置を考察するが、これは、例示の目的のためにのみ行われることが理解されるべきである。関連技術分野の当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の構成および配置が用いられ得ることを認識する。本発明が、種々の他のデバイスおよび適用においても用いられ得ることもまた、関連技術分野の当業者に明らかである。
【００１５】
（本発明の概要）
本発明は、ライブラリー構築ブロックの特徴からコンビナトリアルライブラリー生成物の特性に関連した値を決定、推定または予測することをわからせる。演算時には、構築ブロックの少なくとも１つの特徴が決定されるか、検索されるかまたは入手される。生成物のトレーニングサブセットは、生成物から選択され、そして少なくとも１つの特性についての値が、トレーニングサブセットの各生成物について決定されるか、検索されるかまたは入手される。構築ブロックセットは、トレーニングサブセットの各生成物について同定され、そしてインプット特徴ベクトルは、トレーニングサブセットの各生成物について形成される。スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、トレーニングサブセットの各生成物についてのインプット特徴ベクトルを、トレーニングサブセットの各生成物についての少なくとも１つの特性の対応する値へと変換するマッピング関数を推論する。マッピング関数を推論した後、これを用いて、対応するインプット特徴ベクトルから、ライブラリーの他の生成物の特性を決定するか、推定するかまたは予測する。
【００１６】
（本発明の方法の実施形態）
１つの実施形態では、本発明は、化合物の電子ライブラリーに適用される。しかし、本発明は、この例に限定されない。
【００１７】
コンビナトリアル化学ライブラリーは、多数の化学「構築ブロック」（例えば、試薬）を合わせることによって生成される化合物または「生成物」の収集物である。例えば、線形コンビナトリアル化学ライブラリー（例えば、ポリペプチドライブラリー）は、アミノ酸と呼ばれる化学構築ブロックのセットを、所定の化合物長さ（すなわち、ポリペプチド化合物中のアミノ酸数）について、あらゆる可能な方法でまたはほぼあらゆる可能な方法で合わせることによって形成される。理論的には、数百万の生成物が、構築ブロックのこのようなコンビナトリアル混合を介して合成され得る。あるコメンテーターは、１００個の交換可能な化学構築ブロックの系統的コンビナトリアル混合が、１億のテトラマー化合物または１００億のペンタマー化合物の理論的合成をもたらすことを観察した（Ｇａｌｌｏｐら，「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｔｏ　Ｄｒｕｇ　Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　Ｐｅｐｔｉｄｅ　Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ　Ｌｉｂｒａｒｉｅｓ」，Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．３７，１２３３−１２５０（１９９４））。関連技術分野の当業者によって理解されるように、コンビナトリアルライブラリーは、コンビナトリアルライブラリーＰ、｛ｐｌ_１ｊ．．．ｌ_ｉｊ．．．ｌ_ｒｊ、ｉ＝１、２、．．．、ｒ；ｊ＝１，２．．．、ｒ_ｉ｝として数学的に表され得、ここで、ｒは、コンビナトリアルライブラリーＰ中の変化部位の数を表し、そしてｒ_ｉは、ｉ番目の変化部位での構築ブロックの数を表す。
【００１８】
本明細書中で用いられる場合、用語「構築ブロック」とは、試薬、試薬のフラグメント、および／または試薬の改変フラグメントをいう。本発明の実施形態では、コンビナトリアルライブラリーの構築ブロックは、コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる試薬を含む。他の実施形態では、構築ブロックは、コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる試薬のフラグメントおよび／またはコンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる試薬の改変フラグメントを含み得る。
【００１９】
図１Ａおよび図１Ｂは、コンビナトリアル化学ライブラリーの生成物の測定可能な特性または計算可能な特性を、それらの対応する試薬の特徴に基づいて決定、推定または予想するための方法１００の工程のフローチャートを図示する。方法１００はここで、図１Ａおよび図１Ｂに図示される工程を参照して記載される。
【００２０】
工程１１０では、少なくとも１つの特徴（記述子）が、複数の生成物｛ａ_ｉｊｋ、ｉ＝１、２、．．．、ｒ；ｊ＝１、２、．．．、ｒ_ｉ；ｋ＝１、２、．．．、ｎ_ｉ｝を有するコンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについて決定され、ここで、ｒは、コンビナトリアルライブラリーＰ中の変化部位の数を表し、ｒ_ｉは、ｉ番目の変化部位での構築ブロックの数を表し、そしてｎ_ｉは、ｉ番目の変化部位での各構築ブロックを特徴付けるために用いられる特徴の数を表す。本明細書中で使用される場合、特徴の値は、例えば、値を計算すること、または予め計算された値もしくは測定された値を記憶媒体から検索することによって決定され得る。
【００２１】
本発明の１つの実施形態では、位相記述子は、構築ブロックの特徴として計算される。本発明の別の実施形態では、全分散の９９％を捕獲するために必要とされる主な成分は、この構築ブロックについて計算された位相記述子から計算される。決定され得る他の例の記述子または特徴としては、量子力学特性、ファルマコフォア（ｐｈａｒｍａｃｏｐｈｏｒｉｃ）特性、ＢＣＵＴ特性および／または他の分子特性が挙げられる。決定され得るなお他の記述子または特徴は、本明細書中の本発明の説明を考慮すれば、関連技術分野の当業者に公知である。
【００２２】
本発明の１つの実施形態では、構築ブロックの特徴の少なくとも１つは、計算値である。別の実施形態では、構築ブロックの特徴の少なくとも１つは、測定値である。いずれかの実施形態では、特徴値は、例えば、情報記憶デバイスから入手または検索され得る。
【００２３】
工程１２０では、生成物のトレーニングサブセットが、コンビナトリアルライブラリーの複数の生成物から選択される。１つの実施形態では、生成物のトレーニングサブセット｛ｐ_ｉ、ｉ＝１、２、．．．、ｍ；ｐ_ｉ∈Ｐ｝は、コンビナトリアルライブラリーＰから選択され得る。この生成物のトレーニングサブセットは、いくつかの様式で選択され得る。例えば、生成物のトレーニングサブセットは、無作為に選択され得る。別の実施形態では、生成物のトレーニングサブセットは、コンビナトリアル設計方法を用いて選択され得る。なお別の実施形態では、生成物のトレーニングサブセットは、多様性に基づく選択技術を用いて選択され得る。無作為選択の場合、特定のトレーニングサブセットの組成は、トレーニングサブセットが充分に大きい限り、推論されたマッピングの質に対して、ほとんど影響を与えない。本明細書中の記載を考慮した関連技術分野の当業者によって理解されるように、トレーニングサブセットの大きさは、コンビナトリアルライブラリーの大きさおよび問題のライブラリーにおける変化部位の数に依存する。
【００２４】
工程１３０では、少なくとも１つの特性（記述子）が、生成物のトレーニングサブセットの各生成物について決定される。本明細書中で使用される場合、特性値は、例えば、計算することまたは予め計算された値もしくは測定された値を記憶媒体から検索することによって決定され得る。１つの実施形態では、ｑの特性は、生成物の選択されたトレーニングサブセットｙ_ｉ＝｛ｙ_ｉｊ、ｉ＝１、２、．．．、ｍ、ｊ＝１、２、．．．、ｑ｝において各化合物ｐ_ｉについて決定され、ここでｑは、１以上である。
【００２５】
本発明の１つの実施形態では、生成物の特性の少なくとも１つは、計算値である。別の実施形態では、生成物の特性の少なくとも１つは、測定値である。いずれの実施形態においても、特性値は、例えば、情報記憶デバイスから入手または検索され得る。１つの実施形態では、工程１１０において決定される、構築ブロックの特徴の少なくとも１つは、工程１３０において決定される、生成物の特性の少なくとも１つと同じである。別の実施形態では、工程１１０において決定される、構築ブロックの特徴はいずれも、工程１３０において決定される、生成物の特性のいずれとも同じではない。
【００２６】
工程１４０では、構築ブロックセットが、生成物のトレーニングサブセットの各生成物について同定される。本明細書中で使用される場合、用語「構築ブロックセット」とは、生成物を作製するために用いられる、少なくとも１つの試薬、試薬のフラグメントおよび／または試薬の改変フラグメントをいう。特定の生成物についての構築ブロックセットは、本明細書中では、この生成物に対応するといわれる。
【００２７】
１つの実施形態では、対応する構築ブロック｛ｔ_ｉｊ、ｔ_ｉｊ＝１、２、．．．、ｒ_ｊ、ｊ＝１、２、．．．、ｒ｝は、コンビナトリアルライブラリーＰから選択される生成物のトレーニングサブセットの各生成物ｐ_ｉについて同定される。
【００２８】
工程１５０では、インプット特徴ベクトルが、生成物のトレーニングサブセットの各生成物について形成される。本明細書中で使用される場合、用語「インプット特徴ベクトル」とは、生成物の構築ブロックセットを構成する１以上の構築ブロックの各々について工程１１０において決定される特徴を連結することによって形成される、コンビナトリアルライブラリーの特定の生成物についての単一ベクトルをいう。１つの実施形態では、構築ブロックの特徴（例えば、試薬記述子）は、単一アレイへと連結され、そして同じ順番で本発明に従ってコンビナトリアルニューラルネットワークに対して提示される。
【００２９】
１つの実施形態では、上記のコンビナトリアルライブラリーＰについては、インプット特徴ベクトルは、各生成物ｐ_ｉについて同定される、構築ブロックについて工程１１０において決定される特徴｛ｔ_ｉｊ、ｔ_ｉｊ＝１、２、．．．、ｒ_ｊ、ｊ＝１、２、．．．、ｒ｝を連結して、以下の単一ベクトルとすることによって形成される：
【００３０】
【数４】

工程１６０では、スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、生成物のトレーニングサブセットの各生成物についてのインプット特徴ベクトルを、生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての対応する少なくとも１つの特性へと変換するマッピング関数を推論する。１つの実施形態では、工程１６０は、生成物のトレーニングサブセットの各生成物についてのインプット特徴ベクトルおよび対応する少なくとも１つの特性を用いて、本発明に従ってコンビナトリアルニューラルネットワークまたは多層パーセプトロンをトレーニングして、マッピング関数を実行する工程を含む。これは、トレーニングセットＴ＝｛（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）、ｉ＝１、２、．．．、ｍ｝におけるインプット／アウトプット対からインプット値ｘ_ｉをアウトプット値ｙ_ｉへと変換するマッピング関数ｆを推論するために、スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いた場合に数学的に表され得る。
【００３１】
本明細書中で記載される場合、本発明の実施形態は、本明細書中でコンビナトリアルネットワークまたはコンビナトリアルニューラルネットワーク（ＣＮＮ）と呼ばれる、それらのそれぞれの構築ブロックの特徴から、コンビナトリアル生成物の特性を決定するか、推定するかまたは予想するためにトレーニングされる、特別のクラスのニューラルネットワークを使用する。一般的にいって、コンビナトリアルネットワークは、ｎ_１×ｎ_２×．．．×ｎ_ｒニューロンを含むインプット層を含み、ここで、ｒは、コンビナトリアルライブラリーにおける変化部位の数であり、そしてｎ_ｉは、ｉ番目の変化部位での各構築ブロックを特徴付けるために用いられる特徴の数である。代表的コンビナトリアルネットワークは、変換の複雑さに依存して、少なくとも２つのニューロンを含む１以上の隠れた層およびこのネットワークによって予想される各生成物特徴についての単一ニューロンを有するアウトプット層を含み得る。
【００３２】
本発明の１つの実施形態では、３層の充分に連結した多層パーセプトロン（ＭＬＰ）を用いて、コンビナトリアルネットワークを形成する。これらのネットワークは、標準誤差逆伝搬アルゴリズム（例えば、Ｓ．Ｈａｙｋｉｎ，Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｍａｃｍｉｌｌａｎ，Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　（１９９４）を参照のこと）を用いてトレーニングされ得、そしてロジスティック伝達関数ｆ（ｘ）＝１／（１＋ｅ^−ｘ）は、隠れた層およびアウトプット層の両方について用いられ得る。本発明に従って、各コンビナトリアルネットワークは、固定された数のエポックについてトレーニングされ得るか、または例えば、１．０から０．０１へと線形に減少する学習速度および０．８の固定された運動量を用いて、規定のエラー閾値が満たされるまでトレーニングされ得る。各エポックの間、トレーニングパターンまたはサンプルは、無作為化された順番でネットワークへと提示され得る。他の実施形態では、他のコンビナトリアルネットワークが用いられる。
【００３３】
本発明によってコンビナトリアルネットワークをトレーニングした後、コンビナトリアルライブラリー（またはその任意のサブセット）を分析またはスクリーニングすることは、構築ブロックの予め計算した特徴を計算または検索する工程、これらを連結して、インプット特徴ベクトルとする工程、およびトレーニングされたコンビナトリアルネットワークを介してインプット特徴ベクトルを供給し、このネットワークが、生成物についての推定または予想された特性をアウトプットする工程を包含する。次いで、推定または予想された特性は、任意のその後の分析、検索または分類のために用いられ得る。本明細書中の記載を考慮した関連技術分野における当業者によって理解されるように、本発明は、起源および複雑さにかかわらず、広範な種々の分子特性に適用され得る。
【００３４】
工程１６０は、マッピング関数を推論した場合またはＣＮＮがトレーニングされてマッピング関数を実行した場合、終了する。
【００３５】
工程１７０では、構築ブロックセットが、コンビナトリアルライブラリーの複数のさらなる生成物について同定される。この工程は、上記の工程１４０に類似する。
【００３６】
工程１８０では、インプット特徴ベクトルが、複数のさらなる生成物について形成される。この工程は、上記の工程１５０に類似する。
【００３７】
１つの実施形態では、工程１７０および工程１８０は、マッピング関数ｆが決定された後に、生成物ｐ_ｚ∈Ｐについて、対応する試薬｛ｔ_ｚｊ、ｊ＝１、２、．．．、ｒ｝を同定する工程、およびそれらの特徴
【００３８】
【数５】

を連結して以下の単一ベクトルとする工程を包含する：
【００３９】
【数６】

工程１９０では、複数のさらなる生成物についてのインプット特徴ベクトルは、工程１６０のマッピング関数を用いて変換されて、複数のさらなる生成物の各々について少なくとも１つの推定特性が得られる。これは、工程１６０において決定されるマッピング関数（例えば、マッピング関数ｆ）を用いて、マッピングｘ_ｚ→ｙ_ｚとして数学的に表され得、ここで、ｙ_ｚは、生成物ｐ_ｚの特性を表す。本発明の実施形態では、推定または予想される特性は、その後の検索および分析のために記録される。
【００４０】
本明細書中の記載を考慮した関連技術分野の当業者によって理解されるように、複数の実施形態では、本発明を用いて、コンビナトリアル化合物の量子力学特性を、それらのそれぞれの構築ブロックの量子力学および／または他の分子特性から推定または予想し得る。例えば、以下の量子力学特性は、本発明に従って予想され得る：分子軌道エネルギー；総電子エネルギー；総エネルギー；生成熱；イオン化ポテンシャル；および双極子モーメント。
【００４１】
他の実施形態では、本発明を用いて、コンビナトリアル化合物のＢＣＵＴ特性（固有値）が、それらのそれぞれの構築ブロックのＢＣＵＴおよび／または他の分子特性から予測され得る。関連技術分野の当業者に公知であるように、ＢＣＵＴ値は、固有値である。Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｘａｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ＰｈａｒｍａｃｙのＲ．Ｓ．Ｐｅａｒｌｍａｎによって説明されるように、分子間相互作用の強さは、原子の電荷、原子分極および原子の水素結合能力に依存する。従って、Ｐｅａｒｌｍａｎは、３つのクラスの行列を構築して化合物を表すことを提案する：第１のクラスは、対角に、原子の電荷に関連した値を有し、第２のクラスは、対角に、原子分極に関連した値を有し、そして第３のクラスは、対角に、水素結合能力を有する。Ｐｅａｒｌｍａｎはまた、対角外要素について、原子間距離、重なり、計算した結合次数などの関数を含む種々のさらなる規定を用いて提案した（例えば、Ｒ．Ｓ．Ｐｅａｒｌｍａｎ，Ｎｏｖｅｌ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｔｏｏｌｓ　ｆｏｒ　Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｔｓｃｉ．ｏｒｇ／Ｓｃｉｅｎｃｅ／Ｃｏｍｂｉｃｈｅｍ／ｆｅａｔｒｕｒｅ０８．ｈｔｍｌ．を参照のこと）。Ｐｅａｒｌｍａｎによれば、これらの行列の最小および最大の固有値（すなわち、ＢＣＵＴ値）は、分子の構造の局面を反映する。
【００４２】
複数の実施形態では、本発明をまた用いて、コンビナトリアル化合物のファルマコフォア特性を、それらのそれぞれの構築ブロックのファルマコフォア特性および／または他の分子特性から予想し得る。関連技術分野の当業者に公知であるように、ファルマコフォアは、レセプターまたはレセプターの活性部分によって認識されてこれらと相互作用するとみなされる、原子または原子の基の空間的相互配向である。レセプターは、係留または会合している細胞膜の複雑な分子構造の内在部分である、タンパク質、酵素またはポリヌクレオチドのような高分子構造として想像され得る。認識エレメントまたはレセプター部位は、リガンドとの相互作用の認識が起こり得て、薬理学的効果をもたらすように配向される。
【００４３】
本明細書中の記載を考慮した関連分野における当業者によって理解されるように、本発明は、コンビナトリアル化合物の上記の特性だけを、それらのそれぞれの構築ブロックの特性から予想するために用いられることには制限されない。例えば、本発明を用いて、図９Ａ〜図９Ｅに列挙される１１７個の位相記述子を推定または予想し得る。本発明をまた用いて、コンビナトリアル化合物の多くの他の特性を、それらのそれぞれの構築ブロックの特性から予想し得る。
【００４４】
（結果および考察）
この節では、本発明の方法の実施形態について得られる結果を提示および考察する。本発明による３つの異なるコンビナトリアルネットワークアーキテクチャを、以下に記載される２つのコンビナトリアルライブラリーを用いて調べた。調べたネットワークアーキテクチャは、以下であった：（１）各試薬からの単一の特徴（記述子）をインプットとし、そして生成物についての単一の特性（記述子）を生じる、ネットワーク、（２）各試薬からの複数の特徴（記述子）をインプットとし、そして生成物についての単一の特性（記述子）を生じる、ネットワーク、ならびに（３）各試薬からの複数の特徴（主成分）をインプットとし、そして生成物についての単一の特性（主成分）を生じる、ネットワーク。第一のアーキテクチャカテゴリは、本明細書中で単一インプット単一アウトプット（ＳＩＳＯ）パーセプトロンといわれる。第二および第三のアーキテクチャカテゴリは、本明細書中で複数インプット単一アウトプット（ＭＩＳＯ）パーセプトロンといわれる。
【００４５】
各アーキテクチャの性能を、３つの統計尺度を用いて評価した：（１）生成物の実際の特性（記述子）と予想された特性（記述子）との間の相関係数、（２）Ｐｅａｒｓｏｎ相関係数によって測定された場合の類似性行列のひずみの量、および（３）類似性検索および文脈に基づく検索に対するこのひずみの影響。関連技術分野の当業者にはわかるように、類似性検索は、最も通常の形態の仮想スクリーニングを表す。これは、「類似特性原理」、すなわち、構造的に類似した化合物は、類似した物理化学的特性および生物学的特性を示す傾向があるという基本的考えに基づく（Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｍ．Ａ．およびＭａｇｇｉｏｒａ，Ｇ．Ｍ．，Ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ，Ｗｉｌｅｙ（１９９０）を参照のこと）。従って、いくつかの所望の生物学的効果を有する化合物のセットを考慮して、これらのうちのいくつかがより強力であるか、より選択的であるか、または元のリードとは別のいくつかの他の方法において、より適切であることを予想して、類似した化合物を同定しようとする。本明細書中に記載される評価の目的のために、２つの化合物または２つの生成物の間の類似性を、元の位相特徴における分散の９９％を保存した、主成分によって形成される、多次元空間におけるそれらのＥｕｃｌｉｄｅａｎ距離（Ｗｉｌｌｅｔｔ，Ｐ．；Ｂａｒｎａｒｄ，Ｊ．Ｍ．；Ｄｏｗｎｓ，Ｇ．Ｍ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ　Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｆｏ．Ｃｏｍｐｕｔ．Ｓｃｉ．，３８，９８３−９９６（１９９８）を参照のこと）によって測定した。
【００４６】
最も単純なアーキテクチャは、一連のネットワークを含み、これらの各々は、対応する試薬のその記述子の値から単一生成物記述子の値を予想するためにトレーニングされる。従って、ｒ成分を有するライブラリーについて、各生成物記述子は、ｒインプットおよび１アウトプットノード（本明細書以後、ｒ−ｈ−１と示される）を有するＳＩＳＯネットワークによって評価され、ここで、ｈは、隠れたノードの数である。このアプローチは、トレーニングの単純さおよび容易さ、ならびに個々の生成物記述子へのアクセスを提供する。図９Ａ〜図９Ｅに図示されるように、本発明のこの実施形態は、本発明を評価するために用いた１１７の位相記述子うちの約８０％についてよくはたらく。図９Ａ〜図９Ｅに列挙した記述子のうちの約２０％は、この実施形態を用いて信頼性よくは予想されなかった。
【００４７】
本発明によるＣＮＮが、個々の記述子を推定する能力は、シナプスパラメーターの数を増やすこと、およびトレーニングデータに、好首尾の予測のために必要とされるさらなる情報を提供し得る他の試薬記述子を付加することによって改善され得る。これによって、形態ｒ×ｎ−ｈ−１のネットワークトポロジーがもたらされ、ここで、ｎは、試薬あたりのインプット記述子の数である。本発明のこの実施形態と共に用いられるさらなる記述子は、種々の方法で選択され得る。例えば、段階的回帰分析において用いられる特徴選択アルゴリズムと類似の特徴選択アルゴリズムを用い得る。これは、記述子の全ての可能な対を試し、そして最良の対を選択し、次いで固定された最初の２つの記述子を保つ全ての可能なトリプレットを試し、そして最良のトリプレットを選択し、そして誤差閾値の所定の数の記述子が満たされるまでこのようにして続けることを含む。しかし、実際には、このかなり徹底的なアルゴリズムは不必要である。良好な結果は、以下のアプローチを用いて入手され得る。最初に、各試薬と各生成物記述子との間の相関係数が計算され、そして一連のＳＩＳＯネットワークを本明細書中に記載される様式でトレーニングされる。次いで、適切にはモデル化され得ない各生成物記述子（例えば、０．９未満のトレーニングＲ^２を有する生成物記述子）について、この生成物記述子に最も高度に相関している２つの試薬記述子は、このトレーニングデータに加えられ、そして新たなＭＩＳＯネットワークがトレーニングされる。Ｕｇｉライブラリー（図１１を参照のこと）に適用される場合、このアプローチは、トレーニングセットおよび試験セットの両方について高い精度で１１７全ての記述子を予想し得たニューラルネットワークのアレイをもたらした（図９Ａ〜図９Ｅを参照のこと）。図９Ａ〜図９Ｅに図示されるように、実際の記述子と予想された記述子との間の相関係数は、約０．７７〜約１．０の範囲にわたった。より小さな値は代表的に、より複雑な特性（例えば、Ｂｏｎｃｈｅｖ−Ｔｒｉｎａｊｓｔｉｃ情報インデックス
【００４８】
【数７】

（Ｂｏｎｃｈｅｖ，Ｄ．およびＴｒｉｎａｊｓｔｉｃ，Ｎ．，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．６７，４５１７−４５３３（１９７７）を参照のこと）およびＫａｐｐａ型インデックス^３κα（Ｈａｌｌ　Ｌ．Ｈ．およびＫｉｅｒ，Ｌ．Ｂ，Ｔｈｅ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　Ｃｈｉ　Ｉｎｄｅｘｅｓ　ａｎｄ　Ｋａｐｐａ　Ｓｈａｐｅ　Ｉｎｄｅｘｅｓ　ｉｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ，Ｒｅｖｉｅｗｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｂｏｙｄ，Ｄ．Ｂ．およびＬｉｐｋｏｗｉｔｚ，Ｋ．Ｂ．編，ＶＣＨ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，第９章，３６７−４２２（１９９１）を参照のこと）と関連する。
【００４９】
分子類似性に対する影響を評価するために、最適化されたネットワークをフィード−フォワード様式で用いて、Ｕｇｉライブラリーにおける６２９万全ての化合物の記述子を推定した。これらの記述子をその後、トレーニングセットから誘導した回転行列を用いて脱相関（ｄｅｃｏｒｒｅｌａｔｅ）し、そして得られた対をなす距離のＰｅａｒｓｏｎ相関係数を計算した。２セットの記述子（計算値対推定値）を用いて計算された類似性係数間の相関を測定する、この統計は、０．９９の値を有し、これは、ほぼ完全な再現を示す。本明細書中で使用される場合、用語「計算された」とは、従来の方法で計算された記述子をいい、そして用語「推定された」とは、ニューラルネットワークによって生成された記述子をいう。
【００５０】
この精度はまた、Ｕｇｉライブラリーから「リード」として無作為に選択された１０の化合物を用いる類似性検索の文脈において反映された。特に、これらのリードの各々に対して最も類似した１０００の化合物を、計算された記述子および推定された記述子の両方から誘導されたＰＣを用いて同定し、そしてこれらの類似性スコアを比較した。図１０は、得られた結果のまとめを示す。
【００５１】
直接比較を可能にするために、推定された記述子を用いて得られたヒットリストは充分に数え上げられ、そしてそれらの類似性スコアは、従来の様式で計算された、計算記述子を用いて再評価されたことに留意すること。図３に示すように、１０全ての場合において、２つの設計は、ほぼ同一のスコアおよび非常に類似した内容を有し、重複は、７５パーセント〜８６パーセントの範囲にわたった（図１０を参照のこと）。リードのうちの１つについてのこれらの選択の等価物を、図４Ａ〜図４Ｄの非線形マップにおいてグラフとして図示する。図４Ａおよび図４Ｃは、計算された記述子についての場合を図示する。図４Ｂおよび図４Ｄは、推定された記述子についての場合を図示する。図４Ｃおよび図４Ｄは、図４Ａおよび図４Ｂにおいて輪郭を囲った領域の拡大図である。
【００５２】
スクリーニングプロセス全体（トレーニングセットの数え上げ、ネットワークトレーニング、脱相関および類似性検索を含む）は、３５分間のＣＰＵ時間しか必要としなかった。図６に図示するように、これは、直接的アプローチと比較して、３０倍の処理量改善を表す。
【００５３】
主成分はしばしば所望のアウトプットであるので、顕著な改善は、個々の記述子の評価が回避され、そしてコンビナトリアルネットワークをトレーニングして主成分を直接予想する場合、達成され得る。本明細書中で示される通り、高次元データセットは、ほぼ常に冗長である。例えば、図９Ａ〜図９Ｅに図示される１１７の位相記述子は、偏差への寄与における何らかの有意な喪失を伴わずに、２５〜３０の潜在的変数に減らされ得る。相関した変数の存在は、２つの重要な方法において分子の類似性に影響を与える：（１）冗長な特徴は、より高い重みが有効に考慮され、そして（２）データ分析のために必要とされる計算機努力において実質的かつ不必要な増大が存在する。
【００５４】
本発明を、以下の通りに本明細書中に記載されるコンビナトリアルライブラリーを用いて評価した。１０，０００の化合物のサンプルセットをＵｇｉライブラリー全体から無作為に選択し、そして図９Ａ〜図９Ｅに列挙した１１７の位相記述子のセットを用いて特徴付けた。これらの記述子を正規化し、そして２５の主成分へと脱相関し、これは、このデータ中の総偏差の９９％を占めた。さらに、Ｕｇｉライブラリー全体を作製する際に関与した全ての試薬を記述子の同じセットによって記載し、そして独立して正規化し、そして同じ偏差カットオフを用いて２７の主成分に脱相関した。
【００５５】
これらのデータを用いて２５のＣＮＮのアレイ（ＰＣ−ＭＩＳＯと示される）を開発し、この各々をトレーニングして、４つのインプット試薬の各々から、２７全てのＰＣを用いて生成物ＰＣのうちの１つを予想した。従って、各ニューラルネットワークは、１０８のインプットニューロン、２つの隠れたニューロンおよび１つのアウトプットニューロンから構成されていた。実験は、隠れたニューロンの数を２つを超えて増やすことは、得られるネットワークの予測能力における何の有意な改善も提供しないことを示した。
【００５６】
１０，０００のインプット−アウトプット対のセットを、サンプルの９０％を含むトレーニングセットおよびサンプルの残りの１０％を含む試験セットへと無作為に分けた。各ニューラルネットワークを、１００のエポックについてトレーニングセットでトレーニングしたかまたは所定の誤差閾値が満たされるまでトレーニングした。一旦トレーニングが完了したら、コンビナトリアルネットワークをフリー−フォワード様式で用いて、Ｕｇｉライブラリーにおける６２９万全ての化合物について２５のＰＣを予想し、次いで、これを用いて、本明細書中に記載される１０の「リード」の各々に対して最も類似した１０００の化合物を同定した。
【００５７】
得られた選択物を、「計算した」ＰＣを用いて最終的に評価し、そして理想溶液と比較した（図１０を参照のこと）。さらに、１０全ての場合において、選択物は、「計算した」記述子を用いて誘導した選択物に対して非常に類似しており、そして選択された化合物のそれらの類似性スコアおよび８０％〜８５％の範囲にわたる同一性の両方に関して、通常のＳＩＳＯおよびＭＩＳＯ　ＣＮＮを用いて誘導された選択物よりもわずかに良好であった（図１０を参照のこと）。
【００５８】
スクリーニングプロセス全体は、８００ＭＨｚのＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ＩＩＩプロセッサで３９分間しか必要としなかった。
【００５９】
本発明の一般性を確認するために、３成分ジアミンライブラリーからの同様の型の選択を、試薬および生成物の両方について１１７の位相記述子の同じセットを用いて行った（図１２を参照のこと）。この場合、２９および２８のＰＣは、それぞれ試薬記述子および生成物記述子の偏差の９９％を捕捉するために必要であった。従って、３−３−１　ＳＩＳＯネットワークおよび９−３−１　ＭＩＳＯネットワークを用いて個々の記述子を予想し、そして８７−３−１　ＰＣ−ＭＩＳＯネットワークを主成分の推定のために用いた。
【００６０】
Ｕｇｉライブラリーについてと同様に、１０のリードを、ライブラリー全体から無作為に選択し、そしてこれらのリードの各々について最も類似した１０００の化合物を、正確な記述子および近似の記述子の両方から誘導したＰＣを用いて同定した。再度、近似のＰＣを用いて得られた選択物は、理想溶液に対して実質的に同一であり、ＰＣ−ＭＩＳＯ予想によって、わずかに良好な類似性スコアがもたらされた（図５を参照のこと）。
【００６１】
類似性行列の正確な再現は、性能における印象的な利得を伴う（図６を参照のこと）。両方のライブラリーについて、ＳＩＳＯ、ＭＩＳＯおよびＰＣ−ＭＩＳＯ　ＣＮＮのトレーニングは、匹敵する実行時間を必要としたが、後者は、わずかだが一貫して良好に実施された。一方、ＳＩＳＯネットワークおよびＭＩＳＯネットワークは、個々の記述子に対するアクセスを提供し、これは、適用（例えば、多様性プロファイリング、ＡＤＭＥモデリング、および構造−活性相関）においてさらなる有用性を有し得る。本明細書中に記載される評価に基づいて、複数のアウトプットノード（すなわち、複数の生成物記述子または主成分を生じる複数インプット複数アウトプット（ＭＩＭＯ）パーセプトロン）を有するネットワークは、トレーニングすることがより難しい傾向があり、そして単一アウトプットネットワークの集団を用いて得られた結果よりも精度の低い結果を生じた。
【００６２】
上記のように、任意の機械学習アルゴリズムについての共通の関心は、トレーニングセットの性質に対するその依存性である。本明細書中に記載されるＣＮＮによって得られる予想の質に対するトレーニングセットの組成の効果を調べるために、１０，０００の化合物のうちの１０の無作為サンプルをＵｇｉライブラリーから引き出し、そしてこれを用いて、２５のＰＣ−ＭＩＳＯネットワークのうちの１０の異なるセットをトレーニングした。１０全ての試行について「正確な」ＰＣおよび「近似の」ＰＣを用いて計算した、対をなす距離の間の平均Ｒ^２は、トレーニングセットおよび試験セットについてそれぞれ、０．９９５１±０．０００４および０．９９５１±０．０００６であった。Ｒ^２を、２つのＰＣ空間において無作為に選択された１，０００，０００の化合物対の間のＥｕｃｌｉｄｅａｎ距離を比較することによって計算した。類似した標準偏差もまた、ジアミンライブラリーについて観察された（トレーニングセットおよび試験セットについて、０．０００３および０．０００７）（図７を参照のこと）。この結果は、本発明によるＣＮＮのトレーニングが、安定かつ収束性の両方であることを示唆する。
【００６３】
無作為選択の場合、トレーニングセットのサイズは、このサイズが各試薬を充分にサンプルするに充分に大きいままである限り、予想の質に対して中程度の影響を有する。予想は、トレーニングセットのサイズが大きくなるにつれて改善され、そして数千のサンプルになった後は、最終的にプラトーに達する（図８を参照のこと）。Ｕｇｉライブラリーについて、予想での改善は、トレーニングセットのサイズが１０，０００の化合物から２０，０００の化合物へと二倍になった場合、実質的に全く存在しなかったが、これは、Ｒ^２における差が依然として顕著な場合、ジアミンライブラリーには当てはまらなかった。この結果についての理由は、これらのライブラリーの構築に関与する試薬の数（Ｕｇｉライブラリーについては２５４、そしてジアミンライブラリーについては４００）の差、および所定のサンプルサイズについては、各個々の試薬が、Ｕｇｉライブラリーにおいて、より広範囲にサンプリングされるという事実にほぼ確実に関連している。より大きなトレーニングセットを用いる欠点は、記述子の計算およびネットワークのトレーニングのために、より長い時間が必要とされることである。従って、一般に、サンプルサイズは、計算コストの増加に対して、より高い精度の利点を重み付けすることによって決定されるべきである。
【００６４】
（コンビナトリアルライブラリー）
この節では、本発明を評価するために用いられる２つの例であるＵｇｉコンビナトリアルライブラリーおよびジアミンコンビナトリアルライブラリーを記載する。
【００６５】
本発明を評価するために用いられた最初のコンビナトリアルライブラリーは、６２９万の化合物を含むＵｇｉライブラリーであった。図１１は、Ｕｇｉ反応に基づいて４成分コンビナトリアルライブラリーを作製するための反応スキーム１１００を図示する。本発明を評価するために用いられるＵｇｉライブラリーを、Ａｖａｉｌａｂｌｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　Ｄｉｒｅｃｔｏｒｙ（ＭＤＬ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，１４０　Ｃａｔａｌｉｎａ　Ｓｔｒｅｅｔ，Ｓａｎ　Ｌｅａｎｄｒｏ，ＣＡ　９４５７７）から無作為に選択した、１００の酸、１００のアミン、３７のアルデヒドおよび１７のイソニトリルのセットを用いて構築した。
【００６６】
本発明を評価するために用いられた第二のコンビナトリアルライブラリーは、６７５万の化合物を含むジアミンライブラリーであった。図１２は、ジアミンコアおよび２セットのアルキル化／アシル化剤を含む２工程還元的アミノ化反応に基づくコンビナトリアルライブラリーについての反応スキーム１２００を図示する。本発明を評価するために用いられたジアミンライブラリーを、Ａｖａｉｌａｂｌｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　Ｄｉｒｅｃｔｏｒｙから無作為に選択した、１セットの３００のジアミンおよび２セットの１５０のアルキル化／アシル化剤を用いて構築した。
【００６７】
Ｕｇｉライブラリーおよびジアミンライブラリーのサイズを、これらのライブラリーの徹底的検索が、本明細書中に記載された本発明の方法の実施形態を用いて得られた結果を確認するために可能であるように、意図的に制限した。これらのライブラリーの試薬および生成物の両方を、１セットの１１７の位相記述子（分子連結インデックス、κ形状インデックス、部分グラフカウント、情報の理論的インデックス、Ｂｏｎｃｈｅｖ−Ｔｒｉｎａｊｓｔｉｓインデックスおよび位相状態インデックスを含む）によって特徴付けた。これらの記述子は、構造−活性分析において証明された追跡記録を有し、連結表から直接計算され得、そして医薬品化学者の分子類似性の認識と一貫している。さらに、これは、適切な「近傍挙動」を示すことが示され、従って、多様性分析および類似性検索によく適している。これらのデータを続いて正規化し、そして主成分分析（ＰＣＡ）を用いて脱相関し、２５〜２９の潜在性変数の直交セットを得た。これは、このデータにおける総偏差の９９％を占めた。ＰＣＡのプレプロセシング工程は、グラフ−理論的記述子に代表的な、データにおける重複および冗長性を除去するために必要であった。
【００６８】
図４Ａ〜図４Ｄにおいて図示される非線形マップについて、この多次元データを、「Ｍｅｔｈｏｄ，Ｓｙｓｔｅｍ，Ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｐｒｏｇｒａｍ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｆｏｒ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ　Ｏｂｊｅｃｔ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ　Ｉｎ　Ａ　Ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｓｐａｃｅ」との発明の名称の、２００１年４月３日に出願した米国特許出願第０９／８２３，９７７号に記載される方法論を用いて二次元にさらに減らした。多次元主成分空間における点の間の対をなす距離を、図４Ａ〜図４Ｄの二次元非線形マップにおいて保存した。図４Ａ〜図４Ｄの二次元非線形マップを用いて、本明細書中に記載される生成物選択を可視化し、これを、全ての有意な主成分を用いて実施した。
【００６９】
（まとめ）
上記に記載されるように、本発明の方法を用いて、試薬の特徴を用いて生成物の特性を推定または予想し得、それによって、仮想コンビナトリアル化学ライブラリーにおいてあらゆる個々の生成物を数え上げ、そして記載する必要性を効果的に除去し得る。数え上げを回避し、そして記述子の評価を、本発明によるコンビナトリアルニューラルネットワークを通した単一フィードフォワードパスと置換することによって、本発明は、他の手段によっては取扱いにくい、莫大なコンビナトリアルライブラリーのインシリコでの特徴付けおよびスクリーニングを可能にする。本発明によって生じる記述子または特性は、計算値というよりは予想値であるが、本発明の予想値と従来方法を用いて得られる計算値との間の何らかの差は最小であり、そして類似性検索に対してほとんどまたは全く影響を有さない。本発明の実施形態は、従来の数え上げ類似性検索方法論よりも１桁を超えて速く、そしてこの差は、調査している仮想ライブラリーのサイズおよびコンビナトリアルの複雑さに伴って増大する。
【００７０】
（システムおよびコンピュータプログラム製品の実施形態）
本明細書中の記載を考慮した関連技術分野の当業者によって理解されるように、上記の本発明の方法の実施形態は、システムおよび／またはコンピュータプログラム製品として実行され得る。図１３は、本発明の実行を支援する、例であるコンピュータシステム１３００を示す。本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組合せを用いて実行され得る。これは、コンピュータシステムまたは他の処理システムにおいて実行され得る。コンピュータシステム１３００は、１以上のプロセッサ（例えば、プロセッサ１３０４）を備える。プロセッサ１３０４は、コミュニケーションインフラストラクチャ１３０６（例えば、バスまたはネットワーク）へと連結される。種々のソフトウェアの実施形態は、この例であるコンピュータシステムに関して記載され得る。この説明を読んだ後、他のコンピュータシステムおよび／またはコンピュータアーキテクチャを用いてどのようにして本発明を実行するかが、関連技術分野における当業者に明らかになる。
【００７１】
コンピュータシステム１３００はまた、主記憶装置１３０８（好ましくはランダムアクセス記憶装置（ＲＡＭ））を備え、そしてまた、第二記憶装置１３１０を備え得る。第二記憶装置１３１０は、例えば、ハードディスクドライブ１３１２および／または取り外し可能な記憶ドライブ１３１４（フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光学ディスクドライブなどを表す）を備え得る。取り外し可能な記憶ドライブ１３１４は、周知の様式で、取り外し可能な記憶装置１３１８から読み取りおよび／またはこれに書き込みする。取り外し可能な記憶装置１３１８は、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、光学ディスクなどを表す。理解されるように、取り外し可能な記憶装置１３１８は、コンピュータソフトウェアおよび／またはデータが記憶された、コンピュータ使用可能な記憶媒体を備える。本発明の１つの実施形態では、取り外し可能な記憶装置１３１８は、投影されるインプットデータを備え得る。
【００７２】
第二記憶装置１３１０はまた、コンピュータプログラムまたはインプットデータがコンピュータシステム１３００へとローディングされるのを可能にする他の類似の手段を備え得る。このような手段は、例えば、取り外し可能な記憶装置１３２２およびインターフェイス１３２０を備え得る。このようなものの例としては、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェイス（例えば、ビデオゲームデバイスにおいて見出されるもの）、取り外し可能なメモリーチップ（例えば、ＥＰＲＯＭまたはＰＲＯＭ）および関連ソケット、ならびにソフトウェアおよびデータが、取り外し可能な記憶装置１３２２からコンピュータシステム１３００へと移動されるのを可能にする、他の取り外し可能な記憶装置１３２２およびインターフェイス１３２０が挙げられ得る。
【００７３】
コンピュータシステム１３００はまた、コミュニケーションインターフェイス１３２４を備え得る。コミュニケーションインターフェイス１３２４は、ソフトウェアおよびデータが、コンピュータシステム１３００と外部デバイスとの間で移動するのを可能にする。コミュニケーションインターフェイス１３２４の例としては、モデム、ネットワークインターフェイス（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）カード）、コミュニケーションポート、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカードなどが挙げられ得る。コミュニケーションインターフェイス１３２４を介して移動されるソフトウェアおよびデータは、コミュニケーションインターフェイス１３２４によって受け取られ得る、電子シグナル、電磁シグナル、光学シグナルまたは他のシグナルであり得る、シグナル１３２８の形態である。これらのシグナル１３２８は、コミュニケーションインターフェイス１３２４へとコミュニケーションパス（すなわち、チャネル）１３２６を介して提供される。このチャネル１３２６はシグナル１３２８を保有し、そしてワイヤまたはケーブル、光ファイバー、電話線、セルラー電話リンク、ＲＦリンクおよび他のコミュニケーションチャネルを用いて実行され得る。本発明の１つの実施形態では、シグナル１３２８は、投影されるインプットデータを含み得る。
【００７４】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御論理とも呼ばれる）は、主記憶装置１３０８および／または第二記憶装置１３１０に記憶される。コンピュータプログラムはまた、コミュニケーションインターフェイス１３２４を介して受け取られ得る。このようなコンピュータプログラムは、実行された場合、コンピュータシステム１３００が、本明細書中に考察されるように、本発明の特徴を行うのを可能にする。特に、コンピュータプログラムは、実行される場合、プロセッサ１３０４が本発明の特徴を行うのを可能にする。従って、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム１３００のコントローラを表す。
【００７５】
（結論）
本発明の種々の実施形態を上記で記載してきたが、これらは、例として提示されており、そして限定ではないことが理解されるべきである。関連技術分野の当業者には、詳細な種々の変更が、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく行われ得ることが明らかである。従って、本発明は、上記の例の実施形態のいずれによっても制限されないべきであるが、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物に従ってのみ規定されるべきである。
【００７６】
本発明は、添付の図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の１つの実施形態に従って、コンビナトリアルライブラリーから、コンビナトリアル生成物の特性を決定するための方法のフローチャートを図示する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の１つの実施形態に従って、コンビナトリアルライブラリーから、コンビナトリアル生成物の特性を決定するための方法のフローチャートを図示する。
【図２】図２は、本発明の１つの実施形態による、例となるコンビナトリアルニューラルネットワークを図示する。
【図３】図３は、本発明による６２９万のメンバーのＵｇｉライブラリーから種々の方法論によって選択された場合に、１０個の無作為に選択された「リード」の各々に対して最も類似する、１０セットの１０００個の化合物についての平均類似性スコアを図示する。
【図４Ａ】図４Ａは、計算された生成物特性を用いて無作為に選択された「リード」に対する最大類似性に基づいて選択された化合物の二次元非線形マップを図示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明に従って、推定された生成物特性を用いて無作為に選択された「リード」に対する最大類似性に基づいて選択された化合物の二次元非線形マップを図示する。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａにおいて輪郭を囲った領域の拡大図を図示する。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｂにおいて輪郭を囲った領域の拡大図を図示する。
【図５】図５は、本発明による６７５万のメンバーのジアミンライブラリーから種々の方法論によって選択した場合の１０個の無作為に選択された「リード」の各々に対して最も類似する、１０セットの１０００個の化合物についての平均類似性スコアを図示する。
【図６】図６は、従来の方法論および本発明によるコンビナトリアルニューラルネットワーク方法論を用いた類似性検索について必要とされる中央処理装置時間の比較を図示する。
【図７】図７は、２つのコンビナトリアルライブラリーから選択された生成物のトレーニングセットと試験セットとを比較する、本発明によって推定された生成物の特性の質を図示する。
【図８】図８は、本発明によって推定された生成物特性の質を、トレーニングセットサイズの関数として図示する。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明に従う、トレーニングされた単一アウトプットネットワークによる、コンビナトリアル生成物の記述子特性の例示的推定の表を図示する。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明に従う、トレーニングされた単一アウトプットネットワークによる、コンビナトリアル生成物の記述子特性の例示的推定の表を図示する。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明に従う、トレーニングされた単一アウトプットネットワークによる、コンビナトリアル生成物の記述子特性の例示的推定の表を図示する。
【図９Ｄ】図９Ｄは、本発明に従う、トレーニングされた単一アウトプットネットワークによる、コンビナトリアル生成物の記述子特性の例示的推定の表を図示する。
【図９Ｅ】図９Ｅは、本発明に従う、トレーニングされた単一アウトプットネットワークによる、コンビナトリアル生成物の記述子特性の例示的推定の表を図示する。
【図１０】図１０は、本発明による６２９万のメンバーのＵｇｉ仮想ライブラリーから種々の方法論によって選択された場合に、１０個の無作為に選択された「リード」に対して最も類似する、１０セットの１０００個の化合物についての平均類似性スコアおよび同一性パーセントの表を図示する。
【図１１】図１１は、Ｕｇｉ反応に基づく４成分コンビナトリアルライブラリーについての反応スキームを図示する。
【図１２】図１２は、ジアミンコアおよび２セットのアルキル化剤／アシル化剤を含む、２工程還元的アミノ化反応に基づく、３成分コンビナトリアルライブラリーについての反応スキームを図示する。
【図１３】図１３は、本発明が演算し得る例示的な計算環境を図示する。

Claims (40)

1. コンビナトリアル化学ライブラリーＰからの生成物の特性を、それらのそれぞれの構築ブロックの特徴を用いて決定するための方法であって、該方法は、以下の工程：
   （１）該コンビナトリアルライブラリーＰ中の各構築ブロックについて少なくとも１つの特徴｛ａ_ｉｊｋ、ｉ＝１、２、．．．、ｒ；ｊ＝１、２、．．．、ｒ_ｉ；ｋ＝１、２、．．．、ｎ_ｉ｝を決定する工程であって、ここで、ｒは、該コンビナトリアルライブラリー中の変化部位の数を表し、ｒ_ｉは、ｉ番目の変化部位での構築ブロックの数を表し、そしてｎ_ｉは、ｉ番目の変化部位での各構築ブロックを特徴付けるために用いられる特徴の数を表す、工程；
   （２）生成物のトレーニングサブセット｛ｐ_ｉ、ｉ＝１、２、．．．、ｍ；ｐ_ｉ∈Ｐ｝を該コンビナトリアルライブラリーＰから選択する工程；
   （３）該選択された生成物のトレーニングサブセットにおける各化合物ｐ_ｉについてｑ特性を決定する工程であって、ここで、ｙ_ｉ＝｛ｙ_ｉｊ、ｉ＝１、２、．．．、ｍ、ｊ＝１、２、．．．、ｑ｝は、化合物ｐ_ｉの該決定された特性を表し、そしてここで、ｑは、１以上である、工程；
   （４）該生成物のトレーニングサブセットの各生成物ｐ_ｉについて、対応する構築ブロック｛ｔ_ｉｊ、ｔ_ｉｊ＝１、２、．．．、ｒ_ｊ、ｊ＝１、２、．．．、ｒ｝を同定して、工程（１）において決定された特徴を連結して、単一ベクトル
   

   

   とする工程；
   （５）スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、トレーニングセットＴ＝｛（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）、ｉ＝１、２、．．．、ｍ｝中のインプット／アウトプット対から、インプット値ｘ_ｉをアウトプット値ｙ_ｉへと変換するマッピング関数ｆを推論する工程；
   （６）該マッピング関数ｆが決定された後、生成物ｐ_ｚ∈Ｐについて、該対応する構築ブロック｛ｔ_ｚｊ、ｊ＝１、２、．．．、ｒ｝を同定し、そしてそれらの特徴
   

   

   を単一ベクトル
   

   

   へと連結する工程、および
   （７）工程（５）において決定されたマッピング関数ｆを用いて、ｘ_ｚ→ｙ_ｚをマッピングする工程であって、ここで、ｙ_ｚは、生成物の特性ｐ_ｚを表す、工程
   を包含する、方法。
2. 工程（１）が、測定値を各構築ブロックについての特徴として用いる工程を包含する、請求項１に記載の方法。
3. 工程（１）が、計算値を各構築ブロックについての特徴として用いる工程を包含する、請求項１に記載の方法。
4. 工程（３）が、測定値を前記トレーニングサブセットの各生成物についての特性として用いる工程を包含する、請求項１に記載の方法。
5. 工程（３）が、計算値を前記トレーニングサブセットの各生成物についての特性として用いる工程を包含する、請求項１に記載の方法。
6. 工程（５）が、多層パーセプトロンをトレーニングする工程を包含する、請求項１に記載の方法。
7. 工程（１）において決定された特徴の少なくとも１つが、工程（３）において決定された特性の少なくとも１つと同じである、請求項１に記載の方法。
8. 前記構築ブロックが、前記コンビナトリアルライブラリーＰを構築するために用いられる複数の試薬を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記構築ブロックが、前記コンビナトリアルライブラリーＰを構築するために用いられる複数の試薬の複数のフラグメントを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記構築ブロックが、前記コンビナトリアルライブラリーＰを構築するために用いられる複数の試薬の複数の改変フラグメントを含む、請求項１に記載の方法。
11. 工程（２）が、生成物のトレーニングサブセットを無作為に選択する工程を含む、請求項１に記載の方法。
12. 工程（２）が、コンビナトリアル設計方法を用いて生成物のトレーニングサブセットを選択して、構築ブロックの全ての対をなす組合せを網羅する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
13. 工程（２）が、多様性測定規準を用いて生成物のトレーニングサブセットを選択して、生成物の多様なサブセットを選択する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
14. ライブラリー構築ブロックの特徴からコンビナトリアルライブラリー生成物の特性を決定するための方法であって、該方法は、以下の工程：
    （１）複数の生成物を有するコンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについて、少なくとも１つの特徴を決定する工程；
    （２）該コンビナトリアルライブラリーの該複数の生成物から生成物のトレーニングサブセットを選択する工程；
    （３）該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について、少なくとも１つの特性を決定する工程；
    （４）該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について、構築ブロックセットを同定する工程；
    （５）該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該構築ブロックセットから、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について、インプット特徴ベクトルを形成する工程；
    （６）スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、
    該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該インプット特徴ベクトルを、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての対応する少なくとも１つの特性に変換するマッピング関数ｆを推論する工程；
    （７）該コンビナトリアルライブラリーの複数のさらなる生成物について構築ブロックセットを同定する工程；
    （８）該複数のさらなる生成物についての該構築ブロックセットから、複数のさらなる生成物についてのインプット特徴ベクトルを形成する工程；および
    （９）該マッピング関数ｆを用いて該複数のさらなる生成物についての該インプット特徴ベクトルを変換して、該複数のさらなる生成物の各々についての少なくとも１つの推定特性を得る工程
    を包含する、方法。
15. 工程（１）が、測定値を前記コンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについての特徴として用いる工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
16. 工程（１）が、計算値を前記コンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについての特徴として用いる工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
17. 工程（３）が、測定値を前記生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての特性として用いる工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
18. 工程（３）が、計算値を前記生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての特性として用いる工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
19. 工程（６）が、前記生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての前記インプット特徴ベクトルおよび前記対応する少なくとも１つの特性を用いて、多層パーセプトロンをトレーニングする工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
20. 工程（１）において決定された特徴の少なくとも１つが、工程（３）において決定された特性の少なくとも１つと同じである、請求項１４に記載の方法。
21. 前記コンビナトリアルライブラリーの前記構築ブロックが、前記コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる複数の試薬を含む、請求項１４に記載の方法。
22. 前記コンビナトリアルライブラリーの前記構築ブロックが、前記コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる複数の試薬の複数のフラグメントを含む、請求項１４に記載の方法。
23. 前記コンビナトリアルライブラリーの前記構築ブロックが、前記コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる複数の試薬の複数の改変フラグメントを含む、請求項１４に記載の方法。
24. 工程（２）が、生成物のトレーニングサブセットを無作為に選択する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
25. 工程（２）が、コンビナトリアル設計方法を用いて生成物のトレーニングサブセットを選択して、構築ブロックの全ての対をなす組合せを網羅する工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
26. 工程（２）が、多様性測定規準を用いて生成物のトレーニングサブセットを選択して、生成物の多様なサブセットを選択する工程を包含する、請求項１４に記載の方法。
27. ライブラリー構築ブロックの特徴からコンビナトリアルライブラリー生成物の特性を決定するためのシステムであって、以下：
    複数の生成物を有するコンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについての少なくとも１つの特徴を決定するためのモジュール；
    該コンビナトリアルライブラリーの該複数の生成物から生成物のトレーニングサブセットを選択するためのモジュール；
    該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について少なくとも１つの特性を決定するためのモジュール；
    該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について構築ブロックセットを同定するためのモジュール；
    該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該構築ブロックセットから、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についてインプット特徴ベクトルを形成するためのモジュール；
    スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該インプット特徴ベクトルを、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての対応する少なくとも１つの特性へと変換するマッピング関数ｆを推論するためのモジュール；
    該コンビナトリアルライブラリーの複数のさらなる生成物について構築ブロックセットを同定するためのモジュール；
    該複数のさらなる生成物についての該構築ブロックセットから、該複数のさらなる生成物についてインプット特徴ベクトルを形成するためのモジュール；および
    該マッピング関数ｆを用いて、該複数のさらなる生成物についての該インプット特徴ベクトルを変換して、該複数のさらなる生成物の各々についての少なくとも１つの推定特性を得るためのモジュール
    を備える、システム。
28. ライブラリー構築ブロックの特徴から、コンビナトリアルライブラリー生成物の特性を決定するためのシステムであって、以下：
    複数の生成物を有するコンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについての少なくとも１つの特徴を決定するための手段；
    該コンビナトリアルライブラリーの該複数の生成物から生成物のトレーニングサブセットを選択するための手段；
    該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について少なくとも１つの特性を決定するための手段；
    該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について構築ブロックセットを同定するための手段；
    該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該構築ブロックセットから、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についてインプット特徴ベクトルを形成するための手段；
    スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該インプット特徴ベクトルを、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての対応する少なくとも１つの特性へと変換するマッピング関数ｆを推論するための手段；
    該コンビナトリアルライブラリーの複数のさらなる生成物について構築ブロックセットを同定するための手段；
    該複数のさらなる生成物についての該構築ブロックセットから、該複数のさらなる生成物についてインプット特徴ベクトルを形成するための手段；および
    該マッピング関数ｆを用いて、該複数のさらなる生成物についての該インプット特徴ベクトルを変換して、該複数のさらなる生成物の各々についての少なくとも１つの推定特性を得るための手段
    を備える、システム。
29. ライブラリー構築ブロックの特徴からコンビナトリアルライブラリー生成物の特性を決定するためのコンピュータプログラム製品であって、該コンピュータプログラム製品は、プロセッサを制御するための、コンピュータプログラムロジックが記録されたコンピュータ使用可能媒体を備え、該コンピュータプログラムロジックは、以下：
    該プロセッサが、複数の生成物を有するコンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについて少なくとも１つの特徴を決定するのを可能にするプロシージャ；
    該プロセッサが、該コンビナトリアルライブラリーの該複数の生成物から生成物のトレーニングサブセットを選択するのを可能にするプロシージャ；
    該プロセッサが、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について少なくとも１つの特性を決定するのを可能にするプロシージャ；
    該プロセッサが、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物について構築ブロックセットを同定するのを可能にするプロシージャ；
    該プロセッサが、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該構築ブロックセットから、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についてインプット特徴ベクトルを形成するのを可能にするプロシージャ；
    該プロセッサが、スーパーバイズされた機械学習アプローチを用いて、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての該インプット特徴ベクトルを、該生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての対応する少なくとも１つの特性へと変換するマッピング関数ｆを推論するのを可能にするプロシージャ；
    該プロセッサが、該コンビナトリアルライブラリーの複数のさらなる生成物について構築ブロックセットを同定するのを可能にするプロシージャ；
    該プロセッサが、該複数のさらなる生成物についての該構築ブロックセットから、該複数のさらなる生成物についてインプット特徴ベクトルを形成するのを可能にするプロシージャ；および
    該プロセッサが、該マッピング関数ｆを用いて、該複数のさらなる生成物についての該インプット特徴ベクトルを変換して、該複数のさらなる生成物の各々についての少なくとも１つの推定特性を得るのを可能にするプロシージャ
    を含む、コンピュータプログラム製品。
30. 該プロセッサが、前記生成物のトレーニングサブセットの各生成物についての前記インプット特徴ベクトルおよび前記対応する少なくとも１つの特性を用いて、多層パーセプトロンをトレーニングするのを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
31. 前記プロセッサが、測定値を、前記生成物のトレーニングサブセットの各生成物について特性として用いることを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
32. 前記プロセッサが、計算値を、前記生成物のトレーニングサブセットの各生成物について特性として用いることを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
33. 前記プロセッサが、測定値を、前記コンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについての特徴として用いることを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
34. 前記プロセッサが、計算値を、前記コンビナトリアルライブラリーの各構築ブロックについての特徴として用いることを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
35. 前記コンビナトリアルライブラリーの前記構築ブロックが、該コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる複数の試薬を含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
36. 前記コンビナトリアルライブラリーの前記構築ブロックが、該コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられた複数の試薬の複数のフラグメントを含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
37. 前記コンビナトリアルライブラリーの前記構築ブロックが、前記コンビナトリアルライブラリーを構築するために用いられる複数の試薬の複数の改変フラグメントを含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
38. 前記プロセッサが、前記生成物のトレーニングサブセットを無作為に選択するのを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
39. 前記プロセッサが、コンビナトリアル設計方法を用いて生成物のトレーニングサブセットを選択して、構築ブロックの全ての対をなす組合せを網羅するのを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
40. 前記プロセッサが、多様性測定規準を用いて生成物のトレーニングサブセットを選択して、生成物の多様なサブセットを選択するのを可能にするプロシージャをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。

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