专利名称：测定含水溶液的表面张力的方法
技术领域：
本发明一般而言是涉及测量含水溶液在其空气-水界面处的表面张力的方法。具体而言，本发明的目的是提供用于确定物质如药物的表面活性性能的方法，该方法包括其中在所述物质的多个不同浓度下测量该物质的含水溶液的表面张力的步骤，并且通过确定表面张力和物质浓度的关系而确定了所述物质对含水溶液表面张力的影响。
背景技术：
物质如药物的两亲性和去污性与它们在胃肠道中的吸收性、它们在组织中的分布性、特别是它们的血-脑屏障(BBB)渗透性、肝代谢性和排尿作用，即所谓的ADME性能相关。一种评价分子疏水性的方法是确定物质在辛醇/水中的分配系数(log P)。两亲性和去污性的常规的确定方法是测定物质对水的表面张力的影响。表面张力能够通过各种方式测定，例如使用Wilhelmy板或du Nouy环的方法来测定。
与大多数将要用于药物目的的物质并因此要测试它们的ADME性能有关的问题是它们在水中的溶解性差。出于这个原因，药物工业中常规使用所谓的药物的碱溶液(base solution)，该溶液是药物在二甲基亚砜(DMSO)中的溶液，该溶液中药物为10mM。但是，DMSO在表面张力测量中不适用，因为它的表面张力低，并且它降低了水和含水溶液的表面张力。上述的药物在DMSO中的10mM溶液以非稀释形式使用，因为从中能够评估ADME性能的该物质产生的表面张力的改变需要浓度在微毫摩尔(micro-millimolar)范围内变化。带入体系中的DMSO显著地降低了所得到的信号，降低了测量的敏感性。
药物代谢动力学数据少是目前化合物在临床试验中失败的主要原因。因此，药物代谢动力学非常需要一种容易的、高效的(high-throughput)、强力(robust)的筛选方法。近来，已有建议基于药物的表面活性采用评价BBB-渗透性的方法(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，尽管该方法的预测值非常好，但是这些作者所描述的这些方法很慢，测量一次最长要进行4小时。并且，由于要使用很大的玻璃管容积(cuvette volume)，所以化合物的消耗很高。
本发明减少了与已知的方法有关的缺点，提供了测定表面张力的灵敏的方法。所述方法能够筛选化合物，很好地预测例如通过被动扩散进入中枢神经系统的化合物的BBB-渗透性。所得到的数据还揭示了与药物的尿排泄作用具有很好的相关性，因此指出了ADME中一些药代动力学决定簇(determinant)的一般的生物物理性质。

发明内容
因此，本发明的目的是一种确定两亲物质如药物的表面活性性能方法，该方法包括测量所述物质的含水溶液在多个不同浓度下的空气-水界面处的表面张力的步骤并确定了表面张力和物质浓度的关系，以及使用如此确定的关系预测该物质的表面活性性能，根据该方法，向含水溶液中加入增加含水溶液的表面张力的水溶性物质，加入量为提供0.3M浓度至高达所述水溶性物质在所述溶液中的饱和浓度的量。
优选上述物质，即要确定表面活性性能的物质，是生物活性物质。


在附图中图1显示的是药物氟哌啶醇(haloperidol)在缓冲的(50mM Tris-HCl，pH8)含水溶液，其中含有或者4M氯化钠和1％DMSO(▲)或10％DMSO(·)，或者114mM氯化钠和10％DMSO(■)，的表面压力π对浓度的对数(lnC)的函数的图。
图2是与图1类似的图，但是其中显示的是药物丙咪嗪(imipramine)的表面压力对lnC的函数图，其中溶液对应于图1。
图3是与图1类似的图，但是其中显示的是药物乙胺碘呋酮(amiodarone)的表面压力对lnC的函数图，其中溶液对应于图1。
发明详述根据本发明，现已发现了通过以足够的量向含水溶液(aqueous solution)中添加水溶性物质，其就这样增加了含水溶液的表面张力，而有可能显著地改善所使用的体系和方法的灵敏性。增加含水溶液的表面张力的化合物能够被称为“水结构构造剂(water structure makers)”或者被称为抗无序(anti-chaotropic)物质，参见例如Joumal of Molecular Structure，237(1990)411-419，J.Phys.Chem.8，1998，102，7058-7066。
用于增加表面张力的典型的物质是盐如碱金属盐或碱土金属盐，如卤化物盐或碳酸盐。合适的盐是氯化物，如氯化钠或氯化钾。合适的有机盐例如是羧酸盐如谷氨酸盐，例如谷氨酸钠、酒石酸盐、琥珀酸盐、柠檬酸盐。
除上述盐外，还包括其他对含水溶液具有增加表面张力作用的水溶性物质；本领域普通技术人员能够容易地确定这样的物质。作为这样的物质的实例，可提及的有胆碱和甜菜碱、糖和多元醇，例如甘露醇、肌醇(inositol)、山梨醇和木糖醇，以及氨基酸如赖氨酸，或者它们的盐。优选这些物质应该不是有效的氢键供体或接受体。
要加入到含水溶液中的水溶性物质的量能够在相当宽的范围内变化，现已发现大约0.3M至高达水溶性和表面张力增加物质的饱和浓度范围是合适的。特别优选的范围是2-6M，特别是当物质是盐如氯化钠时。
根据本发明的实施方案，测量表面张力的含水溶液能够是两亲物质的含水溶液，通常为但不限于药物，特别是要扩散穿过血脑屏障的药物，如用于治疗中枢神经系统(CNS)疾病的药物。
根据本发明优选的实施方案，两亲物质被加入到溶解在具有充分水溶性的溶剂中的含水溶液中，所述溶剂如DMSO或低级醇如甲醇、二甲基甲酰胺、甲苯、异丙醇。水溶性溶剂在含水溶液中的浓度不是很关键的因素，通常的范围为0.1-20％溶液的体积。随着该量低至1％体积时，能够得到好的结果。较低的量从本质上讲是优选的，因为这样溶剂对测量的干扰也低。
当例如溶解在水溶性溶剂的两亲物质被加入到含水溶液中时，该物质在空气/水界面处分配，引起表面张力降低(表面压力增加)。通过在含水溶液中还使用本身引起表面张力增加的物质，有可能在测量两亲物质的表面活性时在较低的两亲物质的浓度和使用更少的水溶性溶剂而使得测量更灵敏，即得到更显著和更大的表面张力或表面压力值的变化。表面压力的变化作为浓度的函数在物质的低浓度处测得，该浓度通常为0.1nM-10M，优选0.1nM-10mM的级别。
表面压力与表面张力成反比，该表面压力能够例如通过测量施加到空气/水界面处传感器上的力而测得。这样的传感器能够是薄铂板的形式，如Wilhelmy板，放置在空气/水界面处。表面压力的改变是粘附到板上的液体量变化的证据。当液体的表面压力增加时，粘附到板上的量线性降低，反之亦然。传感器的表面受表面压力的影响而变湿，这证明了传感器重量增加或或施加到传感器上的负载增加。通过表面压力施加到传感器上的力使得传感器垂直方向移动。该力能够使用例如市售的微量天平(microbalance)而进行测量。
传感器的另一种构造是小直径金属合金线探针，即所谓的de Nouy环的形式。
通过确定表面张力或表面压力作为受试物质浓度的函数关系，所述物质对表面压力的影响，即能够确定表面压力或张力对浓度的函数关系。通过绘制表面压力对物质浓度的对数值的函数关系而得到的曲线使得能够确定许多性能，包括分子的界面面积、空气-水的分配系数和临界胶束浓度，它们决定了物质的表面活性特征。这在本领域中是已知的，例如描述在公开文件J.Membrane Biol.165201-211(1998)，在上文中已引用过。在下列实施例中，对此进行了更详细的描述。
实施例在实施例中，使用DMSO作为优选的药物溶剂。药物以10体积％和1体积％浓度溶解在DMSO中。在96孔板(Corning，NY，USA)中进行系列稀释。接下来，将6微升的这些DMSO溶液转移到55微升的缓冲液(114mM氯化钠、50mM Tris-HCl，pH8.0)或在测量瓶(Kibron Inc.，Helsinki，Finland)中包含4M氯化钠的相同的缓冲液中。对于在DMSO中不充分溶解的化合物，使用甲醇。
可以使用多通道测微张力计(Multipi，Kibron Inc.)用自动的校准和测量程序测定表面活性。为了进行校准，在第一个孔中使用只包含溶剂的缓冲液。使用小直径合金线探针按照du Nouy技术确定表面张力。在每个通道上平行地测量接下来的13个孔。为了最小化差别，将最高浓度的药物置于最后一个样品孔中。测量纯水的表面张力时，一个通道内的误差在0.12-0.34mN/m内变化。不同通道的误差为0.30mN/m。
通过这种方式，所得到的表面活性特征显示在所附的图1-3中。
由此可知，两亲物质对空气-水表面的吸附降低了表面张力γ。含水溶液表面张力γ0和药物溶液测得的值γ之间的差异得到了表面压力π＝γ0-γ。使用Gibbs吸附等热线，通过下述等式给出这种方法的热动力学结果dγ＝-RT(NAAs)-1dlnC＝-RTΓdlnC＝-dπ其中C是两亲物质的浓度，RT是热能，NA是阿佛加德罗数，As是两亲物质的界面面积。通过绘制π对lnC的图，得到线性斜率(slope)。该斜率对应于表面过浓度Γ∞。通过这些数据，使用下列等式得到AsAs＝(NAΓ∞)-1通过适配π/C曲线得到Γ∞并使用下列等式，从测得的数据计算得到空气-水分配系数Kaw。
π＝RTΓ∞ln(1+KawC)通过CMC/Kaw得到两亲性指数Θ，其中CMC是临界胶束浓度。CMC是从图上得到的，为在表面压力π量增加几乎不变的时候的值，见图1箭头所示。
如上所述，用于确定物质的ADME性能的有用的参数特别是界面面积As、空气-水分配系数Kaw和临界胶束浓度CMC，这些参数特别地使得能够确定物质的两亲性指数，由此接下来提供了确定物质通过血-脑屏障的能力。
权利要求
1.一种确定两亲物质如药物的表面活性性能的方法，该方法包括其中在所述物质的含水溶液的空气-水界面处测量所述物质在多个浓度下的表面张力的步骤，确定该物质的表面张力和浓度的关系，并且使用如此确定的关系来预测该物质的表面活性性能，其特征在于在该含水溶液中，加入增加含水溶液表面张力的水溶性物质，加入量为在所述溶液中提供0.3M至最高为所述水溶性物质饱和浓度的量。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于要确定表面活性性能的物质被加入到溶解在具有充足水溶性的溶剂如DMSO或低级醇如甲醇中的含水溶液中。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于增加含水溶液的表面张力的水溶性物质是盐，其选自碱金属盐或碱土金属盐、羧酸盐，优选是卤化物，如氯化钠。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于增加含水溶液表面张力的水溶性物质选自糖和多元醇、氨基酸、胆碱和甜菜碱。
5.根据权利要求2或3的方法，其特征在于水溶性物质的加入量为提供2-6M，优选约4M所述水溶性物质的浓度的量。
6.根据权利要求2的方法，其特征在于水溶性溶剂占整个溶液体积的0.1-20％。
全文摘要
本发明涉及确定两性物质如药物的表面活性性能的方法，该方法包括其中在其空气－水界面处在所述物质的多个不同浓度下测量该物质的含水溶液的表面张力的步骤，确定了表面张力和物质的浓度的关系，并使用如此确定的关系预测该物质的表面活性性能，根据该方法，以提供0.3M浓度至高达所述物质在所述溶液中的饱和浓度的量，向含水溶液中加入增加含水溶液表面张力的水溶性物质。
文档编号G01N5/04GK1484759SQ02803627
公开日2004年3月24日 申请日期2002年1月9日 优先权日2001年1月12日
发明者帕沃·金纳南, 蒂姆·索德伦德, 帕沃 金纳南, 索德伦德 申请人:基布罗恩公司