A computational pipeline to predict cardiotoxicity: From the atom to the rhythm
Notice bibliographique
Résumé
SUMMARY We simulate and predict cardiotoxicity over multiple temporal and spatial scales from the drug chemistry to the cardiac rhythm. ABSTRACT Drug-induced proarrhythmia is so tightly associated with prolongation of the QT interval that QT prolongation has become widely accepted as a surrogate marker for arrhythmia. The problem is that QT interval as an arrhythmia indicator is too sensitive and not selective, resulting in many potentially useful drugs eliminated early in the drug discovery process. We first set out to predict the fundamental mode of binding for the proarrhythmic drug dofetilide with the promiscuous cardiac drug target, the hERG potassium channel. In a novel linkage between the atomistic and functional scales, computed binding affinities and rates from atomistic simulation are utilized here to parameterize function scale kinetic models of dofetilide interactions with the hERG channel. The kinetic model components are then integrated into predictive models at the cell and tissue scales to expose fundamental arrhythmia vulnerability mechanisms and complex interactions underlying emergent behaviors. Human clinical data from published studies were used to validate model framework and showed excellent agreement, demonstrating feasibility of the approach. The model predictions show that a clinically relevant dose of dofetilide increased arrhythmia vulnerability in all emergent TRIaD-linked parameters including Triangulation, Reverse use-dependence, beat-to-beat Instability and temporal and spatial action potential duration Dispersion. Application of machine learning demonstrated redundancy in the TRIaD linked parameters and suggested that changes in beat-to-beat instability were highly predictive of arrhythmia vulnerability in this setting. Here, we demonstrate the development and validation of a prototype multiscale model framework to predict electro-toxicity in the heart for the proarrhythmic drug dofetilide from the atom to the rhythm. SIGNIFICANCE STATEMENT Cardiotoxicity in the form of deadly abnormal rhythms is one of the most common and dangerous risks for drugs in development and clinical use. There is an urgent need for new approaches to screen and predict the effects of chemically similar drugs on the cardiac rhythm and to move beyond the QT interval as a diagnostic indicator for arrhythmia. To this end, we present a computational pipeline to predict cardiotoxicity over multiple temporal and spatial scales from the drug chemistry to the cardiac rhythm. We utilize predicted quantitative estimates of ion channel-drug interactions from our companion paper to simulate cardiotoxicity over multiple temporal and spatial scales from the drug chemistry to the cardiac rhythm.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».