Введение к работе
Актуальность работы
Разработка систем доставки лекарств является актуальной и быстро развивающейся областью биотехнологии. В основе данного направления лежит комплекс биотехнологических подходов, позволяющих встраивать молекулы лекарственного вещества в состав носителя. В результате встраивания изменяется фармакокинетика и фармакодинамика препарата. При этом происходит повышение эффективности действия и снижение побочных эффектов лекарственного вещества как за счет увеличения биодоступности, так и за счет избирательной концентрации вещества в пораженных тканях и органах.
В настоящее время накоплен огромный объем информации по доставке различных лекарственных соединений, в связи с чем появляются проблемы охвата всей области знаний и систематизации информационных ресурсов. Общепринятым способом сообщения информации является ее представление в виде научных публикаций, состав которых разнороден и может включать в себя сведения о структуре, физико-химических свойствах, биологической активности и пр. Для обобщения информации часто используются литературные обзоры, представляющие собой объединение и анализ накопленных фактов в конкретной области знаний. Обзоры относительно быстро устаревают, так как скорость обновления информации достаточно велика. В биомедицинской электронной библиотеке PubMed за последние 20 лет размещено более 600 тыс. публикаций, непосредственно описывающих создание и испытание систем транспорта, и более 1,5 млн. публикаций, имеющих косвенное отношение к разработке систем транспорта и посвященных биологическим свойствам лекарственных композиций. Такой объем информации невозможно систематизировать без привлечения автоматических средств интеллектуальной обработки данных.
Цель работы
Целью работы является разработка информационной поддержки базы данных по свойствам и технологиям получения транспортных систем доставки, предназначенной для прогнозирования встраивания лекарственных средств в транспортные системы доставки на основе экспериментальных данных, полученных из электронных библиотек PubMed и PubChem.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
Применение системного подхода к алгоритмизации комплексной методики сбора, обработки и хранения информации по лекарственным средствам, снабженным транспортными системами доставки.
Разработка экспертно-алгоритмической информационной системы сбора, обработки и хранения информации по лекарственным средствам, снабженным транспортными системами доставки, из электронных библиотек PubMed и PubChem.
Автор выражает искреннюю благодарность академику РАМН, профессору Швецу В.И. за постоянную помощь, внимание, обсуждение результатов и ценные советы.
Разработка информационных моделей для проектирования информационной системы обработки и хранения информации по лекарственным средствам, снабженным транспортными системами доставки, на основе методологий IDEFO, IDEFIXhDFD.
Построение и анализ сетевых диаграмм, содержащих кластеры веществ, характеризующихся общностью химической структуры или сходными биологическими свойствами для получения и анализа общего представления о дифференцированном распределении объектов исследования по семантически родственным группам (кластерам).
Создание базы литературных данных «Drug Delivery» по лекарственным средствам, снабженным транспортными системами доставки, на основе информации из электронных библиотек PubMed и PubChem.
Построение вербальной модели предметной области базы данных по свойствам и технологиям получения транспортных систем доставки лекарственных средств, предназначенной для прогнозирования встраивания лекарственных средств в транспортные системы доставки; построение ER- и реляционной моделей.
Научная новизна
На основе системного подхода разработана алгоритмизированная комплексная методика сбора, обработки и хранения информации по лекарственным средствам, снабженным транспортными системами доставки.
Разработана экспертно-алгоритмическая информационная система обработки информации по лекарственным средствам, снабженным транспортными системами доставки, из электронных библиотек PubMed и PubChem.
Разработаны информационные модели системы обработки и хранения информации по лекарственным средствам, снабженным транспортными системами доставки, на основе методологий IDEFO, IDEF1X и DFD.
На основе экспертно-алгоритмической информационной системы обработки информации построена сетевая диаграмма, содержащая кластеры веществ, характеризующиеся общностью химической структуры или сходными биологическими свойствами, доминирующий кластер преимущественно содержал вещества, используемые для адресной доставки лекарственной субстанции при помощи какой-либо транспортной системы.
Показано, что для биологически активных соединений сетевые диаграммы могут быть получены на основе анализа смысловой родственности публикаций, то есть, когда названия объектов совместно в тексте документа не упоминаются.
Составлена вербальная модель предметной области базы данных по свойствам и технологиям получения транспортных систем доставки лекарственных средств на основе информации из электронных библиотек PubMed и PubChem для прогнозирования встраивания лекарственных средств в транспортные системы доставки; построены ER- и реляционная модели базы данных.
Практическая значимость
На основе разработанной экспертно-алгоритмической информационной системы сформирована выборка из 2358 лекарственных соединений, которые имеют прямое или косвенное отношение к транспортной доставке лекарственных средств.
На основе отобранных наименований химических соединений (2358
веществ) и соответствующей им библиографии создана база литературных данных
«Drug Delivery». Полученные результаты были использованы при проведении
поисковых научно-исследовательских работ по направлению
«Биоинформационные технологии», по проблеме «Создание интерактивной экспертной системы для обработки научных публикаций в области систем доставки лекарств» в научно-исследовательском институте биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича РАМН.
Разработанная экспертно-алгоритмическая информационная система была использована в учебном процессе при работе со студентами, обучающимися по специальности «Прикладная информатика (в экономике, в менеджменте)» в курсе «Мировые информационные ресурсы» и по магистерской программе «Информационные системы в химической и биотехнологии» в курсе «Компьютерные технологии обработки информации».
Методы исследования
Для проектирования информационной системы были применены технологии функционального моделирования, а именно, методология IDEF0 и методика построения моделей потоков данных DFD.
При обработке информации использовали методы ассоциативного анализа.
При разработке базы данных использована теория построения реляционных баз данных.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на следующих конференциях: IV Московский международный конгресс "Биотехнология: состояние и перспективы развития", 7-ая международная специализированная выставка"Мир Биотехнологии 2009", Москва; III молодежная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии - 2009», Москва; V Московский международный конгресс "Биотехнология: состояние и перспективы развития", Международная научно-практическая конференция «Биотехнология: экология крупных городов», Москва, 2010; XIII международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии», Иваново-Суздаль, 2010; Научно-практическая конференция «Инновационные и информационные технологии в образовании, экономике, бизнесе и праве», Волоколамск, 2010; III международная конференция «Математическая биология и биоинформатика», Пушкино, 2010.
По результатам работы были получены два диплома и две медали на Московских международных конгрессах "Биотехнология: состояние и перспективы развития".
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных работ, 1 статьи, 4 публикациях в сборниках трудов и тезисов докладов конференций и семинаров.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на 164 страницах, включая библиографию из 112 источников, 45 рисунков и 6 таблиц.
