專利名稱：測定含水溶液的表面張力的方法
技術領域：
本發(fā)明一般而言是涉及測量含水溶液在其空氣-水界面處的表面張力的方法。具體而言，本發(fā)明的目的是提供用于確定物質如藥物的表面活性性能的方法，該方法包括其中在所述物質的多個不同濃度下測量該物質的含水溶液的表面張力的步驟，并且通過確定表面張力和物質濃度的關系而確定了所述物質對含水溶液表面張力的影響。
背景技術：
物質如藥物的兩親性和去污性與它們在胃腸道中的吸收性、它們在組織中的分布性、特別是它們的血-腦屏障(BBB)滲透性、肝代謝性和排尿作用，即所謂的ADME性能相關。一種評價分子疏水性的方法是確定物質在辛醇/水中的分配系數(shù)(log P)。兩親性和去污性的常規(guī)的確定方法是測定物質對水的表面張力的影響。表面張力能夠通過各種方式測定，例如使用Wilhelmy板或du Nouy環(huán)的方法來測定。
與大多數(shù)將要用于藥物目的的物質并因此要測試它們的ADME性能有關的問題是它們在水中的溶解性差。出于這個原因，藥物工業(yè)中常規(guī)使用所謂的藥物的堿溶液(base solution)，該溶液是藥物在二甲基亞砜(DMSO)中的溶液，該溶液中藥物為10mM。但是，DMSO在表面張力測量中不適用，因為它的表面張力低，并且它降低了水和含水溶液的表面張力。上述的藥物在DMSO中的10mM溶液以非稀釋形式使用，因為從中能夠評估ADME性能的該物質產(chǎn)生的表面張力的改變需要濃度在微毫摩爾(micro-millimolar)范圍內變化。帶入體系中的DMSO顯著地降低了所得到的信號，降低了測量的敏感性。
藥物代謝動力學數(shù)據(jù)少是目前化合物在臨床試驗中失敗的主要原因。因此，藥物代謝動力學非常需要一種容易的、高效的(high-throughput)、強力(robust)的篩選方法。近來，已有建議基于藥物的表面活性采用評價BBB-滲透性的方法(Seelig，R.et al.A method to determine the ability of drugs todiffuse through the blood-brain barrier，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 9168-72(1994)；Fischer H.et al.，Blood-brain barrier permeateonmolecularparameters governing passive diffuseion，J.Membrane Biol.165201-211(1998))。但是，盡管該方法的預測值非常好，但是這些作者所描述的這些方法很慢，測量一次最長要進行4小時。并且，由于要使用很大的玻璃管容積(cuvette volume)，所以化合物的消耗很高。
本發(fā)明減少了與已知的方法有關的缺點，提供了測定表面張力的靈敏的方法。所述方法能夠篩選化合物，很好地預測例如通過被動擴散進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的化合物的BBB-滲透性。所得到的數(shù)據(jù)還揭示了與藥物的尿排泄作用具有很好的相關性，因此指出了ADME中一些藥代動力學決定簇(determinant)的一般的生物物理性質。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是一種確定兩親物質如藥物的表面活性性能方法，該方法包括測量所述物質的含水溶液在多個不同濃度下的空氣-水界面處的表面張力的步驟并確定了表面張力和物質濃度的關系，以及使用如此確定的關系預測該物質的表面活性性能，根據(jù)該方法，向含水溶液中加入增加含水溶液的表面張力的水溶性物質，加入量為提供0.3M濃度至高達所述水溶性物質在所述溶液中的飽和濃度的量。
優(yōu)選上述物質，即要確定表面活性性能的物質，是生物活性物質。


在附圖中圖1顯示的是藥物氟哌啶醇(haloperidol)在緩沖的(50mM Tris-HCl，pH8)含水溶液，其中含有或者4M氯化鈉和1％DMSO(▲)或10％DMSO(·)，或者114mM氯化鈉和10％DMSO(■)，的表面壓力π對濃度的對數(shù)(lnC)的函數(shù)的圖。
圖2是與圖1類似的圖，但是其中顯示的是藥物丙咪嗪(imipramine)的表面壓力對lnC的函數(shù)圖，其中溶液對應于圖1。
圖3是與圖1類似的圖，但是其中顯示的是藥物乙胺碘呋酮(amiodarone)的表面壓力對lnC的函數(shù)圖，其中溶液對應于圖1。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了通過以足夠的量向含水溶液(aqueous solution)中添加水溶性物質，其就這樣增加了含水溶液的表面張力，而有可能顯著地改善所使用的體系和方法的靈敏性。增加含水溶液的表面張力的化合物能夠被稱為“水結構構造劑(water structure makers)”或者被稱為抗無序(anti-chaotropic)物質，參見例如Joumal of Molecular Structure，237(1990)411-419，J.Phys.Chem.8，1998，102，7058-7066。
用于增加表面張力的典型的物質是鹽如堿金屬鹽或堿土金屬鹽，如鹵化物鹽或碳酸鹽。合適的鹽是氯化物，如氯化鈉或氯化鉀。合適的有機鹽例如是羧酸鹽如谷氨酸鹽，例如谷氨酸鈉、酒石酸鹽、琥珀酸鹽、檸檬酸鹽。
除上述鹽外，還包括其他對含水溶液具有增加表面張力作用的水溶性物質；本領域普通技術人員能夠容易地確定這樣的物質。作為這樣的物質的實例，可提及的有膽堿和甜菜堿、糖和多元醇，例如甘露醇、肌醇(inositol)、山梨醇和木糖醇，以及氨基酸如賴氨酸，或者它們的鹽。優(yōu)選這些物質應該不是有效的氫鍵供體或接受體。
要加入到含水溶液中的水溶性物質的量能夠在相當寬的范圍內變化，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大約0.3M至高達水溶性和表面張力增加物質的飽和濃度范圍是合適的。特別優(yōu)選的范圍是2-6M，特別是當物質是鹽如氯化鈉時。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案，測量表面張力的含水溶液能夠是兩親物質的含水溶液，通常為但不限于藥物，特別是要擴散穿過血腦屏障的藥物，如用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)疾病的藥物。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，兩親物質被加入到溶解在具有充分水溶性的溶劑中的含水溶液中，所述溶劑如DMSO或低級醇如甲醇、二甲基甲酰胺、甲苯、異丙醇。水溶性溶劑在含水溶液中的濃度不是很關鍵的因素，通常的范圍為0.1-20％溶液的體積。隨著該量低至1％體積時，能夠得到好的結果。較低的量從本質上講是優(yōu)選的，因為這樣溶劑對測量的干擾也低。
當例如溶解在水溶性溶劑的兩親物質被加入到含水溶液中時，該物質在空氣/水界面處分配，引起表面張力降低(表面壓力增加)。通過在含水溶液中還使用本身引起表面張力增加的物質，有可能在測量兩親物質的表面活性時在較低的兩親物質的濃度和使用更少的水溶性溶劑而使得測量更靈敏，即得到更顯著和更大的表面張力或表面壓力值的變化。表面壓力的變化作為濃度的函數(shù)在物質的低濃度處測得，該濃度通常為0.1nM-10M，優(yōu)選0.1nM-10mM的級別。
表面壓力與表面張力成反比，該表面壓力能夠例如通過測量施加到空氣/水界面處傳感器上的力而測得。這樣的傳感器能夠是薄鉑板的形式，如Wilhelmy板，放置在空氣/水界面處。表面壓力的改變是粘附到板上的液體量變化的證據(jù)。當液體的表面壓力增加時，粘附到板上的量線性降低，反之亦然。傳感器的表面受表面壓力的影響而變濕，這證明了傳感器重量增加或或施加到傳感器上的負載增加。通過表面壓力施加到傳感器上的力使得傳感器垂直方向移動。該力能夠使用例如市售的微量天平(microbalance)而進行測量。
傳感器的另一種構造是小直徑金屬合金線探針，即所謂的de Nouy環(huán)的形式。
通過確定表面張力或表面壓力作為受試物質濃度的函數(shù)關系，所述物質對表面壓力的影響，即能夠確定表面壓力或張力對濃度的函數(shù)關系。通過繪制表面壓力對物質濃度的對數(shù)值的函數(shù)關系而得到的曲線使得能夠確定許多性能，包括分子的界面面積、空氣-水的分配系數(shù)和臨界膠束濃度，它們決定了物質的表面活性特征。這在本領域中是已知的，例如描述在公開文件J.Membrane Biol.165201-211(1998)，在上文中已引用過。在下列實施例中，對此進行了更詳細的描述。
實施例在實施例中，使用DMSO作為優(yōu)選的藥物溶劑。藥物以10體積％和1體積％濃度溶解在DMSO中。在96孔板(Corning，NY，USA)中進行系列稀釋。接下來，將6微升的這些DMSO溶液轉移到55微升的緩沖液(114mM氯化鈉、50mM Tris-HCl，pH8.0)或在測量瓶(Kibron Inc.，Helsinki，F(xiàn)inland)中包含4M氯化鈉的相同的緩沖液中。對于在DMSO中不充分溶解的化合物，使用甲醇。
可以使用多通道測微張力計(Multipi，Kibron Inc.)用自動的校準和測量程序測定表面活性。為了進行校準，在第一個孔中使用只包含溶劑的緩沖液。使用小直徑合金線探針按照du Nouy技術確定表面張力。在每個通道上平行地測量接下來的13個孔。為了最小化差別，將最高濃度的藥物置于最后一個樣品孔中。測量純水的表面張力時，一個通道內的誤差在0.12-0.34mN/m內變化。不同通道的誤差為0.30mN/m。
通過這種方式，所得到的表面活性特征顯示在所附的圖1-3中。
由此可知，兩親物質對空氣-水表面的吸附降低了表面張力γ。含水溶液表面張力γ0和藥物溶液測得的值γ之間的差異得到了表面壓力π＝γ0-γ。使用Gibbs吸附等熱線，通過下述等式給出這種方法的熱動力學結果dγ＝-RT(NAAs)-1dlnC＝-RTΓdlnC＝-dπ其中C是兩親物質的濃度，RT是熱能，NA是阿佛加德羅數(shù)，As是兩親物質的界面面積。通過繪制π對lnC的圖，得到線性斜率(slope)。該斜率對應于表面過濃度?！?。通過這些數(shù)據(jù)，使用下列等式得到AsAs＝(NA?！?-1通過適配π/C曲線得到?！薏⑹褂孟铝械仁?，從測得的數(shù)據(jù)計算得到空氣-水分配系數(shù)Kaw。
π＝RT?！辧n(1+KawC)通過CMC/Kaw得到兩親性指數(shù)Θ，其中CMC是臨界膠束濃度。CMC是從圖上得到的，為在表面壓力π量增加幾乎不變的時候的值，見圖1箭頭所示。
如上所述，用于確定物質的ADME性能的有用的參數(shù)特別是界面面積As、空氣-水分配系數(shù)Kaw和臨界膠束濃度CMC，這些參數(shù)特別地使得能夠確定物質的兩親性指數(shù)，由此接下來提供了確定物質通過血-腦屏障的能力。
權利要求
1.一種確定兩親物質如藥物的表面活性性能的方法，該方法包括其中在所述物質的含水溶液的空氣-水界面處測量所述物質在多個濃度下的表面張力的步驟，確定該物質的表面張力和濃度的關系，并且使用如此確定的關系來預測該物質的表面活性性能，其特征在于在該含水溶液中，加入增加含水溶液表面張力的水溶性物質，加入量為在所述溶液中提供0.3M至最高為所述水溶性物質飽和濃度的量。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于要確定表面活性性能的物質被加入到溶解在具有充足水溶性的溶劑如DMSO或低級醇如甲醇中的含水溶液中。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于增加含水溶液的表面張力的水溶性物質是鹽，其選自堿金屬鹽或堿土金屬鹽、羧酸鹽，優(yōu)選是鹵化物，如氯化鈉。
4.根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于增加含水溶液表面張力的水溶性物質選自糖和多元醇、氨基酸、膽堿和甜菜堿。
5.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于水溶性物質的加入量為提供2-6M，優(yōu)選約4M所述水溶性物質的濃度的量。
6.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于水溶性溶劑占整個溶液體積的0.1-20％。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定兩性物質如藥物的表面活性性能的方法，該方法包括其中在其空氣－水界面處在所述物質的多個不同濃度下測量該物質的含水溶液的表面張力的步驟，確定了表面張力和物質的濃度的關系，并使用如此確定的關系預測該物質的表面活性性能，根據(jù)該方法，以提供0.3M濃度至高達所述物質在所述溶液中的飽和濃度的量，向含水溶液中加入增加含水溶液表面張力的水溶性物質。
文檔編號G01N5/04GK1484759SQ02803627
公開日2004年3月24日 申請日期2002年1月9日 優(yōu)先權日2001年1月12日
發(fā)明者帕沃·金納南, 蒂姆·索德倫德, 帕沃 金納南, 索德倫德 申請人:基布羅恩公司