使用自组装肽与氨基酸组合测定疏水性化合物在水溶液中的溶解度
2017年9月20日
本方案描述了一种在水相环境中利用自组装肽与氨基酸溶液组合来溶解疏水性化合物的临床适用方法。我们的方法解决了疏水性治疗药物面临的一个主要局限，即缺乏安全、高效的溶解和递送手段以应用于临床环境。
本方法的总体目标是提高疏水性化合物在水溶液中的溶解度，以便有望将其应用于临床环境。该方法解决了医学领域中的一个关键限制，即由于疏水性化合物在血液等水性体系中溶解性差，导致其在临床应用中难以使用。该技术的主要优势在于，无需大量使用有毒共溶剂，即可将疏水性化合物溶解于水溶液中。
首先，为每种氨基酸标记两个50升的锥形离心管。准备一个装有纯化水的大号两升烧瓶。根据所需浓度计算每种氨基酸的用量，然后使用药匙将相应量的氨基酸称重并加入对应的离心管中。
使用血清学移液管，向每支离心管中加入 40 毫升纯化水。盖紧管盖后，涡旋振荡样品直至完全溶解。使用高精度分析天平，称取约 1 ± 0.2 毫克肽，并转移至 20 毫升闪烁瓶底部。
在瓶盖上记录肽的精确质量，并将瓶盖拧紧至小瓶上。接下来，向每个小瓶中加入适当体积的氨基酸溶液，以达到所需浓度的自组装肽。在室温下将样品置于水浴超声仪中进行超声处理10分钟，确保小瓶中的溶液完全浸没于水浴中。通过将一毫克所需药物与适量DMSO混合，以及另一毫克相同药物与乙醇混合，制备两种药物储备溶液。
然后，将两种溶液分别涡旋振荡15秒，以充分溶解药物。接着，用自组装肽、氨基酸和共溶剂标记各配方对应的1.5毫升微量离心管。向相应的微量离心管中加入10微升药物DMSO储备液或20微升药物乙醇储备液。
接下来，向含有药物DMSO储备液的微量离心管中加入990微升的自组装肽氨基酸溶液。向含有药物乙醇储备液的微量离心管中加入980微升的肽氨基酸溶液。将所有药物制剂剧烈涡旋振荡30秒。
然后，用铝箔覆盖，在进行溶解度测试前静置30分钟。30分钟后，将制剂剧烈涡旋振荡30秒。随后，在相对离心力为14,220 ×g 的条件下离心1分钟。
离心后，目视检查微量离心管底部是否有沉淀。在本研究测试的40种配方中，有7种成功溶解了疏水性药物姜黄素。通过按组分对配方进行分类，发现了两个主要趋势。
乙醇似乎是溶解姜黄素的较佳共溶剂，而带正电荷的氨基酸——赖氨酸和精氨酸——似乎是溶解姜黄素的最佳组分。值得注意的是，含有精氨酸和赖氨酸的配方会出现颜色变化，表明姜黄素在碱性条件下已被溶解。一旦掌握该技术，若有合适的设备且氨基酸溶液已预先配制，则可在两到三个小时内完成操作。
通过该方法制备的可溶性药物制剂可进一步进行体外和体内测试，以直接评估和比较溶解后药物的生物学功效或安全性。该制剂方法开发后，为一种名为PP@的疏水性母体抑制剂在体内的递送提供了途径，用于预防急性肺损伤。观看本视频后，您应能够充分理解如何应用自组装肽与氨基酸组合来溶解任意给定的疏水性药物。
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概述
本方案描述了一种利用自组装肽和氨基酸在水相环境中溶解疏水性化合物的方法。该方法解决了疏水性治疗药物在临床应用中溶解度差的难题。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物化学
- 药物科学
- 临床应用
背景
- 由于溶解度问题，疏水性化合物通常临床应用受限。
- 传统方法可能涉及有毒的共溶剂。
- 提高溶解度可增强治疗递送效果。
- 自组装肽为此挑战提供了新颖的解决方案。
研究目的
- 开发一种溶解疏水性化合物的安全方法。
- 促进疏水性治疗药物在临床环境中的应用。
- 消除该过程中对有毒共溶剂的需求。
使用的方法
- 使用纯化水配制氨基酸溶液。
- 使用锥形离心管进行混合。
- 计算目标溶解度所需的氨基酸浓度。
- 准确称量并混合氨基酸。
主要结果
- 疏水性化合物可有效溶解于水溶液中。
- 该方法避免了有毒溶剂的使用。
- 已展示出临床应用的潜力。
- 溶解度的提高增强了治疗递送的选择性。
结论
- 该方法为疏水性化合物的溶解性问题提供了可行的解决方案。
- 它为疏水性治疗药物的应用开辟了新的途径。
- 进一步的研究可能会拓展其在医学领域的应用范围。
常见问题
行业重要性概述
疏水性化合物在水中的溶解度差仍是阻碍有前景治疗药物实现临床转化的主要障碍，限制了其在药物发现流程中的应用。该SAP-AA制剂策略通过在无需使用有毒共溶剂的情况下实现增溶，支持早期靶点验证和先导化合物优化，从而应对这一挑战。该方法可提高制剂的渗透压和生物相容性，有助于将其整合到临床前开发工作流程中，以应对因溶解度问题导致的候选药物淘汰这一关键风险因素。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：可在水相环境中研究姜黄素、PP2 和钩吻素等疏水性化合物与靶标的相互作用。
- 操作价值：在体外和体内实验中维持化合物的溶解性，从而支持抑制剂的功能验证。
- 预测价值：通过确保生物活性化合物的可及性，减少筛选中的假阴性结果，提高对靶标作用的信心。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：通过系统的SAP-AA筛选，提供了一种可重复的药物制剂制备平台，适用于多种化学类型的化合物。
- 操作价值：使用常规实验室设备（如涡旋振荡器、超声仪、离心机），便于在不同研发团队间实现放大和工艺转移。
- 检测适用性：生成澄清且无沉淀的溶液，适用于后续的生化和细胞检测。
转化与临床前研究
- 转化连续性：体内实验证实，采用SAP-AA制剂的PP2具有药效，支持从靶点验证向临床前模型的推进。
- 降低风险：避免了DMSO或乙醇等共溶剂带来的混杂毒性，提高了安全性评估的可靠性。
- 制剂优化：可对氨基酸（如赖氨酸、精氨酸）和共溶剂进行经验性筛选，为每种化合物确定最佳的增溶条件。
流程与工作流整合
SAP-AA 方法适用于早期发现阶段，通过解决阻碍生物学评价的溶解度瓶颈问题，支持从苗头化合物到先导化合物的推进。
- 发现生物学：通过在生理缓冲液中实现疏水性化合物的剂量-反应测试，促进靶点验证。
- 筛选：通过提供清晰、稳定的溶液，降低孔间变异性，增强检测兼容性。
- 分析：离心后可通过紫外-可见光谱法或高效液相色谱法进行准确定量，支持构效关系（SAR）和效价测定。
- 转化研究：通过提供具有改善血液动力学的可注射制剂，支持药代动力学/药效学（PK/PD）研究。
- 企业级复用：平台化方法可通过SAP-AA文库筛选在不同项目间实现标准化。
运营与企业影响
- 科学价值：通过确保化合物的可获得性，提高对靶点假设的预测可信度。
- 操作价值：通过标准化的制剂方案和组分追踪，提升实验可重复性。
- 战略价值：减少因制剂失败导致的候选化合物淘汰，提高先导化合物识别的效率。
- 项目组合影响：基于真实的生物活性而非溶解度干扰因素，支持推进或终止决策。
实施注意事项
- 需要具备肽类操作、超声处理和离心操作的专业知识。
- 依赖于分析天平、涡旋振荡器和水浴超声仪的使用条件。
- 要求各实验团队在氨基酸溶液配制和浓度记录方面保持一致性。
- 对于具有极端疏水性或电荷敏感性的化合物，可能需要进行方法调整。
- 尽管可依据趋势（如阳离子型氨基酸）进行指导，但仍受限于每种化合物需进行经验性优化的需求。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:05
Title
0:37
Preparation of Amino Acid Solutions
1:16
Preparation of SAP-AA Solutions
1:56
Preparation of Drug-DMSO or Drug-Ethanol Stock Solutions and Drug Formulations
3:11
Solubility Testing
3:36
Results: Enhancement of Hydrophobic Compound Solubility in Aqueous Solution with Self-assembling Peptide and Amino Acid Solutions
4:16
Conclusion
