ES2273718T3 - Composiciones de abridor de los canales de agua y composiciones medicinales para uso oftalmico. - Google Patents

Composiciones de abridor de los canales de agua y composiciones medicinales para uso oftalmico. Download PDF

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Naruhiro Ishida
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Abstract

Uso de un ligando de lipocalina para la fabricación de una composición para el tratamiento de lesión epitelial queratoconjuntival, en la que dicho ligando de lipocalina es un compuesto que se selecciona del grupo que consiste en: glucolípidos, porfirinas, benzoato de denatonio, 2-isobutil-3- metoxipirazina, 2-amino-4-butil-5-propilselenazol, acetato de citronelilo, carvona, 2-isopentilpirazina, 4-butil-5- propiltiazol, timol, 3, 7-dimetiloctanol, 2-nonenal, linalol, benzoato de bencilo, compuestos similares al almizcle de anillo de 3 miembros, 2-metil-3-metoxipirazina, benzaldehído, quinolina, 2-feniletanol, cineol, isovalerato de isobutilo, ácido isovalérico, a-ionona, 2-trans-6-cis-nonadienal, geosmina, tricloroanisol, 5-a-androst-16-en-3-ona, pentadecalactona, sulfuro de dimetilo, 4-hidroxioctanolactona, acetato de etilo, (+)-pregona y trans-4-metilciclohexanol.

Description

Composiciones de abridor de los canales de agua y composiciones medicinales para uso oftálmico.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un abridor de los canales de agua novedoso que comprende una sustancia que se une a lipocalinas, en particular proteínas de unión a odorantes (a continuación en el presente documento, OBP). El abridor de los canales de agua novedoso según la presente invención tiene una actividad abridora de los canales de agua de acuaporina-5 y tiene su aplicación en composiciones farmacéuticas, en particular, como un fármaco terapéutico para la lesión epitelial queratoconjuntival, por ejemplo un fármaco terapéutico para la xeroftalmia (sequedad de ojos).
Antecedentes de la técnica
La permeación del agua a través de la membrana celular se produce lentamente por difusión a través de la bicapa lipídica que es el elemento estructural principal de la membrana celular. En los últimos años, sin embargo, se ha descubierto un movimiento rápido de agua a través de la membrana celular en ciertos tipos de células, y las investigaciones conducen a postular que, en este fenómeno están implicadas algunas proteínas de membrana que son permeables de forma selectiva al agua. Por lo tanto, en realidad se aislaron varias proteínas de membrana de este tipo, y estas proteínas de membranas se han denominado canales de agua.
Se han aislado como tales proteínas canales de agua, un grupo de proteínas de membrana denominadas acuaporinas (AQP), y hasta la fecha se han descubierto en mamíferos, anfibios y plantas acuaporinas tales como AQP1 a 5, FA-CHIP, y AQP-\gammaTIP (por ejemplo Advances in Medicine, 173, 9, 745-748 (1995)). Entre estas, se sabe que la AQP5 existe en la glándula salival, en el ojo (glándula lagrimal, tejido epitelial corneal), y en los bronquios de mamíferos (Advances in Medicine, 173, 9, 745-748(1995); Am. J. Physiol., 270, C12-C30 (1996)).
Recientemente, se ha encontrado que la AQP5 existe en la membrana apical de las células del tejido de la glándula lagrimal del ojo (Ishida et al., Biochem. Biophys. Res. Comn., 224, 1-4 (1996)) y se ha confirmado que está asociada profundamente con el transporte intercelular del agua en la lagrimación y la modulación de la liberación del líquido lagrimal (Ishida et. al., Biochem. Biophys. Res. Comn., 238, 891-895 (1997)).
Según las recientes investigaciones de los presentes inventores, un experimento usando ovocitos de Xenopus laevis en los que se expresa AQP5, sugiere que la puerta del canal de agua de la acuaporina se abre y se cierra mediante una determinada proteína con origen en las células de la glándula lagrimal. Entonces, se identificó por primera vez un péptido parcial específico en las inmediaciones de la región C-terminal de la AQP5 como un abridor de los canales de agua.
Mientras tanto, se han emprendido estudios sobre las OBP en asociación con la elucidación del olfato. La OBP es una proteína soluble de bajo peso molecular que se produce en grandes niveles en la mucosa nasal de los vertebrados y en la linfa sensiliar de los insectos. La OBP tiene afinidad por las sustancias olorosas y las feromonas, por lo tanto se considera que está relacionada con la percepción olfativa, y se sabe que pertenece a la superfamilia de las lipocalinas. La lipocalina es una proteína secretora soluble y se conocen varios miembros que pueden unirse a una variedad de ligandos hidrófobos incluidos en las sustancias olorosas.
Según algunas fuentes, aunque se han aislado varios tipos de OBP, muchos son dímeros cuya subunidad es de aproximadamente 20 kDa, y también hay monómeros. Al igual que la OBP de los vertebrados, se sintetiza, según nuestros conocimientos, en el tejido de las fosas nasales, se secreta de forma extracelular, y se acumula en su mayor nivel en el epitelio respiratorio nasal.
Se sabe también que los ligandos de las lipocalinas, en particular las sustancias olorosas que tienen una actividad de unión a las OBP (a las que nos referiremos a continuación en el presente documento a veces como "sustancias olorosas"), tienen ciertas actividades bioquímicas o fisiológicas. Por ejemplo, se ha publicado que los derivados de 2-cetoalcano y carvona influyen en la ATPasa sodio-potasio en el tejido olfativo (Life Sciences, 20, 1051-1062 (1977)) y que los monoterpenos tales como la carvona inhiben la aldosa reductasa del cristalino (Arch. Pharm. Res., 11, 312-314 (1988)), mientras que la publicación Kokai de solicitud de patente japonesa Hei-2-193932 describe la absorción transdérmica y transmucosa que promueve la actividad de la carvona y otros.
Con respecto a la OBP, la patente de los EE.UU. 5.030.722 describe una proteína OBP derivada de la glándula nasal lateral de la rata.
Se sabe que la OBP también existe en grandes niveles en el líquido lagrimal de la rata (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 4942-4946(1986)).
También se ha notificado que la prealbúmina lagrimal secretada desde la glándula lagrimal humana tiene homología con la OBP en su secuencia de aminoácidos (Chem. Senses, 20, 69-76 (1995)). Además, se ha descubierto una proteína de 19 kDa que se asemeja enormemente a la lipocalina lagrimal, en el moco nasal humano (Comp. Biochem. Physiol., 118B, 819-824 (1997)).
Se ha detectado en la orina y saliva animal una proteína que puede unirse a una sustancia olorosa que se considera también que pertenece a la superfamilia de las lipocalinas (Finlayson et al., Science, 149, 981-982 (1965), Cell, 32, 755-761 (1983)).
Los documentos EP-A-1 016 406 (SENJU PHARMA CO), 5 de julio del 2000 (2000-07-05) y WO99/09968, 4 de marzo de 1999 (04.03.1999) describen una composición oftálmica que comprende ligandos de lipocalina que tienen actividad de unión a proteínas olorosas (es decir, mentol, borneol etc.). Los colirios que contienen mentol reducen la sensación de sequedad del ojo.
El documento EP-A-0 473 159 (SENJU PHARMA CO), 4 de marzo de 1992 (1992-03-04) describe una composición oftálmica que comprende retinol (siendo un ligando de la lipocalina que tiene actividad de unión a proteínas olorosas) y su uso en el tratamiento de la sequedad de los ojos.
El documento US-A-5 698 533 (KANG MENG-CHE), 16 de diciembre de 1997 (1997-12-16) describe una composición oftálmica que comprende mentol (siendo un ligando de la lipocalina que tiene actividad de unión a proteínas olorosas) para el tratamiento de la sequedad de los ojos.
Sumario de la invención
A pesar de toda la información reunida hasta el momento sobre las lipocalinas, incluyendo las OBP y las sustancias olorosas, no se conoce todavía su relación con la lagrimación.
Sin embargo, en el transcurso de la investigación sobre la acción de los ligandos de las lipocalinas incluyendo las OBP en la glándula lagrimal, los inventores de la presente invención han encontrado de forma sorprendente que varias sustancias ligando incluyendo las sustancias olorosas muestran una actividad estimulante de la lagrima-
ción.
A la vista del estado de la técnica anterior, la presente invención tiene por objeto proporcionar un abridor de los canales de agua novedoso que tiene la actividad de abrir un canal de agua AQP. Es un objeto adicional proporcionar una composición farmacéutica, en particular un estimulante de la lagrimación, que comprende el abridor como un principio activo. El estimulante anterior puede usarse en el tratamiento de la lesión epitelial queratoconjuntival, tal como xeroftalmia (sequedad de ojos).
El primer aspecto de la presente invención es una composición de acuaporina abridora de los canales de agua que comprende un ligando de lipocalina.
En este primer aspecto de la invención, el ligando de la lipocalina es preferiblemente un compuesto que tiene actividad de unión a proteínas que se unen a odorantes.
El segundo aspecto de la presente invención es una composición farmacéutica para uso oftálmico que comprende un ligando de la lipocalina como principio activo.
La composición farmacéutica para uso oftálmico según el segundo aspecto de la presente invención es preferiblemente una composición estimulante de la lagrimación o un fármaco terapéutico para la lesión epitelial queratoconjuntival.
En el segundo aspecto de la invención, el fármaco terapéutico para la lesión epitelial queratoconjuntival es preferiblemente un fármaco terapéutico para la xeroftalmia.
En el segundo aspecto de la invención, el ligando de la lipocalina es preferiblemente un compuesto que tiene actividad de unión a proteínas que se unen a odorantes.
Preferiblemente, el segundo aspecto de la invención comprende además un fármaco parasimpaticomimético.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un gráfico que muestra los resultados de un experimento de permeabilidad de agua realizado con carvona en el ejemplo 1.
La figura 2 es un gráfico que muestra los resultados de experimentos de permeabilidad de agua realizados con sustancias odorantes en el ejemplo 2.
La figura 3 es un gráfico que muestra los resultados del efecto del uso combinado del clorhidrato de pilocarpina sobre la lagrimación de ratones en el ejemplo 4.
\newpage
Descripción detallada de la invención
La presente invención se describirá ahora en detalle.
La composición según el primer aspecto de la presente invención es una composición de acuaporina abridora de los canales de agua que tiene actividad abridora del canal de agua AQP5. Según se usa en esta memoria descriptiva, el término de actividad abridora del canal de agua AQP5 significa la potencia de aumentar la permeabilidad al agua de la membrana celular a través del canal de agua AQP5 y el término acuaporina abridora de los canales de agua significa una sustancia que tiene actividad abridora del canal de agua acuaporina. El canal de agua mencionado anteriormente incluye canales que permiten de forma selectiva que pase sólo agua y canales que permiten que pase no sólo agua sino también moléculas de bajo peso molecular, tales como glicerol o urea.
Ahora se describe la actividad abridora del canal de agua AQP5 de la composición según el primer aspecto de la invención.
Se conoce que, en las células de tejidos vivos, la actividad de permeación de agua por la AQP5 se modula de diversas formas. Por ejemplo, incluso en las células del tejido de la glándula lagrimal con una expresión verificada de AQP5, la lagrimación se controla normalmente por inervación simpática-parasimpática. Por lo tanto, la expresión de AQP5 en una célula de tejido vivo y la expresión de su actividad de permeación de agua no son el mismo acontecimiento. Por lo tanto, la actividad de permeación de agua por la AQP5 se confirma mediante un experimento de permeabilidad de agua usando ovocitos de rana africana (Xenopus laevis), que se sabe que no tiene ningún gen de la familia de la AQP expresado en ellos, y se les inyecta el gen AQP5 para la expresión de la proteína codificada, según se indica a continuación.
La inyección del ARNm de AQP5 en los ovocitos de Xenopus laevis desencadena una elevación en la permeabilidad al agua. Puesto que esta elevación en la permeabilidad al agua puede observarse con facilidad, se ha usado esta técnica muy a menudo para la confirmación de la actividad del canal de agua. Por ejemplo, Ishibashi et al. insertaron el ADNc de AQP3 en el vector BlueScript derivado de pSP64T, sintetizaron ARNc usando T7-ARN polimerasa, inyectaron este ARNc en los ovocitos de Xenopus laevis, y confirmaron la potenciación de la permeabilidad al agua según se evidencia por un incremento en el volumen de 48 a 62 horas de incubación después de la inyección, probando de ese modo, la existencia del canal de agua (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 6269-6273 (1994)). Se encuentra un informe similar en Science, 256, 385-387 (1992).
Por lo tanto, de la misma manera que anteriormente, se microinyectó a ovocitos de Xenopus laevis el ARNc de longitud completa que codifica para AQP5 y se cultivó para ver la expresión de AQP5. Después se transfirieron los ovocitos a un fluido de cultivo hipotónico y se calculó la permeabilidad al agua a partir del cambio en el volumen. Mientras que el grupo de control al que no se le inyectó el ARNc de longitud completa que codifica para AQP5 muestra sólo una baja permeabilidad al agua, la permeabilidad al agua se eleva en el grupo al que se le inyectó el ARNc de longitud completa que codifica para AQP5, evidenciando de este modo la actividad del canal de agua.
Por otra parte, en el sistema en el que a los ovocitos de Xenopus laevis se les microinyectó tanto el ARNc de longitud completa que codifica para AQP5 como el ARN poli(A)^{+} derivado de la glándula lagrimal y cultivado para producir la expresión de la proteína AQP5 y la proteína total con origen en la glándula lagrimal, la actividad de permeación de agua de la AQP5 disminuye drásticamente, comparado con el sistema antes mencionado en el que se expresa AQP5 sola según se describe un poco después en el presente documento en más detalle en los ejemplos. Por lo tanto, está claro que la actividad de permeación de agua de AQP5 se inhibe por la presencia de la proteína con origen en la glándula lagrimal. Este fenómeno de la actividad de permeación de agua de la AQP5 que se inhibe por la presencia de la proteína con origen en la glándula lagrimal se considera que surge de los cambios en la apertura y cierre de la puerta del canal de agua.
Cuando la composición según el primer aspecto de la invención se hace que coexista en este sistema, la actividad de permeación de agua de AQP5 se recupera hasta un nivel comparable con el observado en ausencia de la inhibición. El hecho de que el ligando de la lipocalina se identifica como una sustancia que tiene una actividad abridora del canal de agua AQP5 es un poco sorprendente a la luz de los conocimientos que se han recopilado hasta la fecha sobre las lipocalinas, en particular las OBP.
Las lipocalinas son proteínas relativamente pequeñas solubles, que se producen en varios órganos y líquidos corporales de los vertebrados y los invertebrados, y muestran diversidad al nivel de la secuencia de aminoácidos. Sin embargo, las lipocalinas, en el grupo denominado lipocalina centrales ("kernel") tiene 3 motivos de secuencia conservados en común en los alrededores del extremo N-terminal, y aquellas del grupo denominadas lipocalinas externas ("outlier"), de las cuales es miembro la OBP, tienen uno de dichos motivos de secuencia en común. Además, las lipocalinas tienen una característica muy distintiva común en la estructura de gran dimensión y la estructura de lipocalina típica comprende una estructura en barril \beta que consiste en 8 hebras \beta antiparalelas consecutivas, con una hélice de tipo 3_{10} y estando unida una hélice \alpha a los extremos respectivos de esta estructura hidrófoba similar a un bolsillo. Los ligandos se unen al barril \beta hidrófobo. Por lo tanto, las lipocalinas tienen una gran afinidad por las moléculas hidrófobas y se sospecha que funcionan in vivo como vehículos de ligandos hidrófobos en líquidos
corporales.
Como ejemplos de las sustancias conocidas como lipocalinas, pueden mencionarse, por ejemplo, OBP, \alpha-1-microglobulina, \alpha1-glucoproteína ácida, apolipoproteína, crustacianina, proteína embrionaria CH21, \beta-lactoglobulina, proteína urinaria mayor, probasinas, proteína que de unión a retinol, albúmina lagrimal, proteína de la glándula de von Ebner, purpurina, etcétera.
Se ha confirmado con la OBP bovina que la OBP tiene el motivo en barril \beta en común con las lipocalinas. La OBP de ratón es un heterodímero que comprende dos subunidades Ia y Ib. Las secuencias de nucleótidos de los genes OBP Ia y Ib de ratón (657 pb y 669 pb, respectivamente) y las secuencias de aminoácidos de las proteínas OBP Ia y Ib (residuos de aminoácido 147 y residuos de aminoácido 146, respectivamente) se describen en Gene, 212, 49-55 (1998).
OBP incluye las siguientes proteíanas. Por lo tanto, la OBP bovina, la OBP I de rata, la OBP II de rata, la OBP I de conejo, la OBP II de conejo, la OBP I porcina, la OBP II porcina, la OBP I de ratón, la OBP II de ratón, la OBP III de ratón, la hys-OBP-I (puercoespín), hys-OBP-II (puercoespín), OBP I de ciervo, OBP II de ciervo, BG de rana, OBP felina, etc. son ejemplos de OBP que se han aislado de los tejidos olfativos de los vertebrados.
Pueden mencionarse como las moléculas hidrófobas que se unen como ligandos a las lipocalinas, por ejemplo, retinol (un ligado de la albúmina lagrimal, proteína de unión a retinol, purpurina, etc.), glucolípidos (ligandos de la proteína VEG), porfirinas (ligandos de la proteína HC), benzoato de denatonio (un ligando de la proteína de la glándula de von Ebner), etcétera. Los ligandos se describen a continuación en más detalle, tomando como ejemplo la OBP.
La OBP toma una amplia gama de sustancias como ligandos si se compara con otras lipocalinas, y se une de forma reversible a varias sustancias olorosas (sustancias odorantes) y feromonas. La existencia de la actividad de unión a 2-isobutil-3-metoxipirazina es una de las características de las proteínas OBP (sin embargo, la OBP felina es la única excepción conocida). Mientras que una sustancia olorosa es una sustancia que estimula la sensación olfativa, el tener una actividad de unión a OBP, no es necesariamente el equivalente de provocar una sensación olfativa. Por lo tanto, en la presente invención no importa si una sustancia que tiene actividad de unión a OBP provoca una sensación olfativa. Los ligandos de OBP que tienen actividad de unión a OBP en general tienen grupos polares tales como hidroxilo, carbonilo, etc. o un heterociclo y son moléculas de tamaño medio que tienen una región hidrófoba plana. Pueden mencionarse, pero no se limitan a 2-isobutil-3-metoxipirazina, 2-amino-4-butil-5-propilselenazol, acetato de citronelilo, carvona, 2-isopentilpirazina, 4-butil-5-propiltiazol, timol, mentol, 3,7-dimetiloctanol, 2-nonenal, linalol, retinol, benzoato de bencilo, compuestos similares al almizcle de anillo de 3 miembros, 2-metil-3-metoxipirazina, benzaldehído, quinolina, 2-feniletanol, cineol, isovalerato de isobutilo, ácido isovalérico, \beta-ionona, 2-trans-6-cis-nonadienal, geosmina, tricloroanisol, 5-\alpha-androst-16-en-3-ona, pentadecalactona, sulfuro de dimetilo, 4-hidroxioctanolactona, acetato de etilo, borneol, por ejemplo.
Estas sustancias tienen generalmente constantes de disociación de aproximadamente 0,1 a 100 \muM. Por ejemplo 2-isobutil-3-metoxipirazina, 2-isopentilpirazina, 4-butil-5-propiltiazol, timol, mentol, 3,7-dimetiloctanol, 2-nonenal, linalol, retinol, benzoato de bencilo, compuestos similares al almizcle de anillo de 3 miembros, etc. tienen constantes de disociación de aproximadamente 0,1 a 1 \muM según se determina con la OBP bovina.
La composición farmacéutica para uso oftálmico según el segundo aspecto de la presente invención comprende al menos una especie de dichos ligandos de lipocalina, en particular ligandos de OBP como un principio activo. Según se usa en esta memoria descriptiva, el término "uso oftálmico" significa el uso en seres humanos o animales para el tratamiento de una enfermedad en el ojo o con el fin de mejorar o promover la función del ojo. Puesto que la composición farmacéutica del segundo aspecto de la invención tiene actividad abridora del canal AQP5 en las células del tejido de la glándula lagrimal, muestra una actividad estimulante de la lagrimación y puede usarse como una composición estimulante de la lagrimación. Además, la duración del efecto puede prolongarse usando, en combinación, un fármaco parasimpaticomimético que tiene una actividad secretomora glandular, tal como el clorhidrato de pilocarpina.
Pueden mencionarse como tales composiciones farmacéuticas para uso oftálmico, por ejemplo, una composición estimulante de la lagrimación, un fármaco terapéutico para la lesión epitelial queratoconjuntival, un acelerador de la cicatrización de heridas queratoconjuntivales y un estimulante del alargamiento de las células epiteliales queratoconjuntivales, etc. Entre estos, el fármaco terapéutico para la xeroftalmia (sequedad de ojos) es importante como fármaco terapéutico para enfermedades que surgen del abuso de los ojos asociado con el desarrollo del equipo OA.
La composición farmacéutica para uso oftálmico según el segundo aspecto de la presente invención puede estimular directamente la secreción de líquido lagrimal desde la glándula lagrimal. Por lo tanto, es muy diferente en el mecanismo de acción de los fármacos oftálmicos convencionales que comprenden lágrimas artificiales que se dirigen a compensar las deficiencias en el líquido lagrimal, y no sólo es de acción rápida sino que también mejora la lagrimación. El fármaco terapéutico para la lesión epitelial queratoconjuntival según el segundo aspecto de la invención, tiene, aprovechándose de las características anteriores, propiedades muy ventajosas, tales como la acción de larga duración, en particular para el tratamiento de la xeroftalmia (sequedad de ojos).
La enfermedad a la cual se dirige el fármaco terapéutico para la lesión epitelial queratoconjuntival según el segundo aspecto de la invención, no se limita a la sequedad de ojos, sino que incluye, por ejemplo el síndrome de Sjögren, el síndrome de Stevens-Johnson, enfermedades posoperatorias, enfermedades inducidas por fármacos, lesiones traumáticas, y enfermedades exógenas causadas al llevar puestas lentes de contacto.
Sin embargo, la composición farmacéutica según el segundo aspecto de la invención no se limita a las aplicaciones anteriores, sino que puede administrarse a seres humanos o animales como una composición farmacéutica para el tratamiento de enfermedades de los tejidos y órganos en los que se expresa la AQP5.
La composición farmacéutica según el segundo aspecto de la invención puede administrarse no sólo de forma tópica, sino que también puede aplicarse de forma sistémica, que es lo mismo que decir por vía oral o parenteral. La forma farmacéutica incluye fármacos oftálmicos tales como colirios, y pomadas, inyecciones, comprimidos, cápsulas y gránulos oftálmicos por ejemplo. Estas formas farmacéuticas pueden prepararse mediante las tecnologías establecidas. Los colirios, por ejemplo, pueden prepararse en una forma farmacéutica mediante la formulación de un agente isotonizante tal como el cloruro de sodio, glicerina concentrada o similares; un tampón tal como el fosfato de sodio, el acetato de sodio o similares; un tensioactivo tal como monooleato de polioxietileno y sorbitano, estearato de polioxilo 40, aceite de ricino hidrogenado y polioxietilenado o similares; un estabilizante tal como citrato de sodio, edetato de sodio o similares; y un conservante tal como cloruro de benzalconio, parabenos o similares según se necesite. El pH puede estar en el intervalo aceptable para las preparaciones de fármacos oftálmicos pero se prefiere un intervalo de pH de 4 a 8. Pueden prepararse preparaciones orales tales como comprimidos, cápsulas, gránulos etc. en una forma farmacéutica usando un excipiente tal como lactosa, almidón, celulosa cristalina, aceite vegetal, o similares; un lubricante tal como estearato de magnesio, talco o similares; un aglutinante tal como hidroxipropilcelulosa, polivinilpirrolidona o similares; un disgregante tal como carboximetilcelulosa cálcica o similares; un agente de recubrimiento tal como hidroxipropilmetilcelulosa, macrogoles, resina de silicona o similares; y un agente formador de película de gelatina, según se necesite.
La dosificación de la composición farmacéutica según el segundo aspecto de la invención puede seleccionarse de forma apropiada según el síntoma, edad, forma farmacéutica y similares. Cuando la composición farmacéutica para uso oftálmico según el segundo aspecto de la invención se usa como colirios, por ejemplo, es suficiente instilar una preparación que contiene del 0,001 al 3% (p/v) del principio activo del segundo aspecto de la invención una o varias veces al día. Las preparaciones orales pueden administrarse generalmente de 1 mg a 1000 mg al día, bien de una vez o en varias dosis divididas.
Se ha verificado mediante administración intravenosa a ratones que la composición farmacéutica según el segundo aspecto de la invención produce una actividad estimulante de la lagrimación in vivo.
Mejor modo de llevar a cabo la invención
Los siguientes ejemplos experimentales, ejemplos, y ejemplos de preparación de fármacos ilustran la presente invención en más detalle sin limitar el alcance de la invención.
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Ejemplo experimental 1
Preparación de ARN poli(A)^{+} de glándula lagrimal
Se aisló la glándula lagrimal a partir de ratas SD macho y ratones BALB/c macho y usando un kit de purificación de ARN de Pharmacia (producto de Pharmacia), se aisló el ARN total. Se purificó el ARN poli(A)^{+} mediante cromatografía de afinidad usando una columna de oligo(dt)-celulosa de la forma rutinaria.
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Ejemplo experimental 2
Construcción de ADNc que codifica para AQP5
Se sometió el ARN poli(A)^{+} de glándula lagrimal de rata obtenido en el ejemplo experimental 1 a una transcripción inversa usando un cebador oligo(dT)_{18} y el ADNc monocatenario obtenido se usó como plantilla para la PCR. Se usó como cebador de PCR una secuencia que contenía sitios de digestión de enzimas de restricción y permitía la amplificación por PCR del marco de lectura abierto del ADNc de AQP5 de rata. El ADNc monocatenario anterior para su uso como plantilla se amplificó por PCR (94ºC, 1 min., 60ºC, 1 min., 72ºC, 2 min. durante 30 ciclos). El producto de PCR se subclonó en el plásmido BlueScript II KS(+). En este experimento, para obtener el ADNc exacto, esta subclonación se realizó 10 veces. La secuencia de nucleótidos del ADN se confirmó mediante el método de terminador de cadena. A partir de ahora en el presente documento, este plásmido recombinante se denominará pBlueScriptII KS (+)-AQP5.
Después, el diseño de los cebadores se realizó para amplificar la región que codifica para la AQP5 completa y para incluir la región no traducida en el lado 5' del gen de \beta-globina de Xenopus laevis, cuya existencia se ha publicado en J. Biol. Chem., 258, 7924-7927 (1983). Usando dicho pBlueScriptII KS (+)-ADN de AQP5 como plantilla y 50 pmol de cebador, se llevó a cabo la amplificación por PCR (94ºC, 1 min., 50ºC, 1 min., 72ºC, 2 min. durante 30 ciclos). El producto de la PCR se subclonó en el vector pSP64poly(A) (producto de Pro-Mega). Este plásmido recombinante se denominará a continuación en el presente documento pSP64poly(A)-AQP5.
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Ejemplo experimental 3
Síntesis de ARN
Usando 5 \mug del digesto por EcoR1 de dicho pSP64poly(A)-ADN de AQP5 y SP6ARN polimerasa, se llevó a cabo una transcripción in vitro en 100 \muL en presencia de un análogo de caperuza m^{7}G(5')ppp(5')G a 30ºC durante 1 hora para sintetizar el ARN complementario (ARNc). Después el plásmido de ADN se digirió con ADNasa I libre de ARNasa (Pharmacia Biotech), se extrajo con fenol/cloroformo, y se extrajo dos veces con etanol. El ARNc así obtenido se suspendió en agua destilada para inyección en los ovocitos.
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Ejemplo experimental 4
Preparación de ovocitos y expresión de la proteína
Se prepararon los ovocitos según el método descrito en Taylor et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 82, 6585-6589 (1985)) según se indica a continuación. Se anestesiaron individuos hembra maduros de Xenopus laevis y se extrajeron los ovocitos (fase V a VI) y se situaron en una disolución tampón de Barth (Tris-HCl 5 mM, NaCl 88 mM, KCl 1 mM, NaHCO_{3} 2,4 mM, Ca(NO_{3})_{2} 0,33 mM, CaCl_{2} 0,41 mM, MgSO_{4} 0,82 mM, penicilina + estreptomicina 10 \mug/mL, pH 7,2; el tampón de esta formulación se denomina a continuación en el presente documento como "MBS"). Después, se dispersaron las células respectivas en una disolución tampón de Barth que contenía 2 mg/ml de colagenasa de tipo 2 pero sin ión calcio con agitación suave durante 1 hora. Se lavaron estos ovocitos muy bien con disolución tampón de Barth. Se cultivaron entonces los ovocitos en disolución tampón de Barth a 20ºC durante toda la noche y al día siguiente se llevó a cabo una microinyección mediante el siguiente procedimiento.
En 50 nl de agua destilada se disolvieron 5 ng de ARNc de AQP5 obtenido en el ejemplo experimental 3, bien solo o junto con 25 ng del ARN poli(A)^{+} de glándula lagrimal obtenido en el ejemplo experimental 1, y la disolución se microinyectó en los ovocitos con una micropipeta de vidrio esterilizada usando un sistema de microinyección Drummond (producto de Drummond). En el grupo control, se microinyectaron 50 nl de agua destilada. Se cultivaron los ovocitos en MBS a 20ºC durante 3 días cambiando a diario el fluido del cultivo para dejar que se expresen la AQP5 y la proteína con origen en la glándula lagrimal.
Se confirmó la expresión de la proteína AQP5 sometiendo la fracción de la membrana de los ovocitos a una electroforesis en gradiente de gel de SDS-poliacrilamida y se llevó a cabo un análisis de inmunotransferencia de tipo Western usando el antisuero de conejo obtenido usando el extremo C-terminal de AQP5. Además, usando una muestra de ovocito inmovilizado, se confirmó la expresión de la proteína AQP5 en la membrana celular mediante una técnica de inmunofluorescencia usando un microscopio de fluorescencia.
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Ejemplo 1 Prueba del efecto de la carvona sobre la permeabilidad al agua
Los ovocitos obtenidos en el ejemplo experimental 4 se incubaron en MBS isotónico que contenía dibutiril-AMPc 5 mM (concentración salina de aproximadamente 200 mOsm) durante 30 minutos. Entonces, los ovocitos se transfirieron a MBS isotónico, se microinyectó carvona 10^{-8} M, 10^{-7}_{ }M o 10^{-6}_{ }M en los ovocitos, y las células se cultivaron en MBS isotónico durante 4 horas. En el grupo control se microinyectó agua destilada. El experimento de la permeabilidad al agua se realizó según el siguiente protocolo.
El experimento de permeabilidad de agua se realizó según el método descrito en la bibliografía (Science, 256, 385-387 (1992), y Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 91, 6269-6273 (1994)), según se explica a continuación.
Los ovocitos anteriores cultivados en MBS isotónico (200 mOsm) durante 4 horas se transfirieron a MBS hipotónico (40 mOsm)y se cultivaron en el mismo a 20ºC, y durante el transcurso, se realizó un fotografiado en serie usando un microscopio de contraste de fases (producto de Olympus) a intervalos de 10 segundos. El volumen y el cambio en el volumen se computaron a partir de la imagen producida por un sistema de análisis de imágenes (producto de Fuji Film). El valor de permeabilidad al agua (Pf) se calculó a partir del gradiente inicial de V/V_{0} frente al tiempo (d(V/V_{0})/dt), el volumen inicial del ovocito (V_{0} = 9 x 10^{-4} cm^{3}), el área inicial del ovocito (S = 0,045 cm^{2}), y el volumen molar del agua (V_{a} = 18 cm^{3}/mol) por medio de la siguiente ecuación.
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Pf \ (cm/seg) = [V_{0} \ x \ (d(V/V_{0})/dt)]/[S \ x \ V_{a} \ x \ (mOSm_{in} - mOsm_{out})]
En la ecuación, V representa el volumen (cm^{3}) del ovocito después del tiempo t; mOSm_{in} representa la concentración salina inicial de MBS, que era de 200 mOsm en este caso; mOSm_{out} representa la concentración salina de MBS hipotónico, que era de 40 mOsm en este caso.
Los resultados se muestran en la figura 1. Los experimentos 1 a 8 del dibujo se realizaron según las siguientes condiciones 1 a 8.
Ovocitos Inyección
Experimento 1 Inyectado ARNc Agua destilada
Experimento 2 Inyectado ARNc + ARN poli(A) Agua destilada
Experimento 3 Inyectado ARNc + ARN poli(A) Carvona 10^{-8} M
Experimento 4 Inyectado ARNc + ARN poli(A) Carvona 10^{-7} M
Experimento 5 Inyectado ARNc + ARN poli(A) Carvona 10^{-6} M
Experimento 6 Inyectada agua destilada Agua destilada
Experimento 7 Inyectada agua destilada Carvona 10^{-7} M
Experimento 8 Inyectada agua destilada Carvona 10^{-6} M
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Ejemplo 2 Prueba del efecto de las sustancias olorosas sobre la permeabilidad al agua
Se llevó a cabo un experimento de la permeabilidad al agua de la misma manera que en el ejemplo 1 usando 2-isobutil-3-metoxipirazina, 10^{-7} M o 10^{-6} M, o acetato de citronelilo, 10^{-7} M o 10^{-6} M, cada uno como otra sustancia odorante, en lugar de carvona.
Los resultados se muestran en la figura 2. Los experimentos 1 a 9 del dibujo se realizaron según las siguientes condiciones experimentales 1 a 9.
Ovocitos Inyección
Experimento 1 Inyectado ARNc Agua destilada
Experimento 2 Inyectado ARNc + ARN poli(A) Agua destilada
Experimento 3 Inyectado ARNc + ARN poli(A) 2-isobutil-3-metoxipirazina 10^{-7} M
Experimento 4 Inyectado ARNc + ARN poli(A) 2-isobutil-3-metoxipirazina 10^{-6} M
Experimento 5 Inyectado ARNc + ARN poli(A) acetato de citronelilo 10^{-7} M
Experimento 6 Inyectado ARNc + ARN poli(A) acetato de citronelilo 10^{-6} M
Experimento 7 Inyectada agua destilada Agua destilada
Experimento 8 Inyectada agua destilada 2-isobutil-3-metoxipirazina 10^{-6} M
Experimento 9 Inyectada agua destilada acetato de citronelilo 10^{-6} M
Con referencia al ejemplo 1, el experimento 1 mostró la permeabilidad al agua de los ovocitos a los que no se les había inyectado ARN poli(A)^{+} con origen en la glándula lagrimal, pero que expresan proteína AQP5; el resultado indica claramente la existencia de la actividad de un canal de agua cuando se compara con los experimentos 6 a 8 en los que no se expresaba AQP5. Los experimentos 2 a 5 mostraban la permeabilidad al agua de los ovocitos en presencia tanto de la proteína AQP5 como de la proteína expresada mediante la inyección de ARN poli(A)^{+} con origen en la glándula lagrimal. Era evidente a partir del experimento 2 que la permeabilidad al agua disminuía considerablemente en presencia de la proteína expresada mediante la inyección del ARN poli(A) con origen en la glándula lagrimal. La comparación de este resultado con el resultado del experimento 1 indicó que la proteína expresada mediante la inyección de ARN poli(A)^{+} con origen en la glándula lagrimal inhibía la permeabilidad al agua de la proteína AQP5. Se ha confirmado a partir de los experimentos 3 a 5 que la inyección de carvona en los ovocitos en las condiciones anteriores dieron como resultado la recuperación de la permeabilidad al agua hasta el nivel observado en el
experimento 1.
Con referencia al ejemplo 2, los experimentos 3 a 6 indicaron que, aunque no tan alto como la carvona, la 2-isobutil-3-metoxipirazina o el acetato de citronelilo también elevan la permeabilidad al agua. A partir de estos resultados, se ha encontrado que muchas sustancias diferentes que varían mucho en la estructura química, tal como la carvona que es un derivado hidrocarbonado cíclico (monoterpeno-cetona), la 2-isobutil-3-metoxipirazina que es un derivado de un compuesto heterocíclico, y el acetato de citronelilo que es un derivado de hidrocarburo de cadena, elevan la permeabilidad al agua de AQP5 en medidas remarcables.
Por lo tanto, la composición de la presente invención reestablece y mantiene el nivel de actividad de permeación de agua de las células disminuido por la expresión de la proteína mediante la inyección de ARN poli(A)^{+} con origen en la glándula lagrimal en presencia de AQP en un estado más activo.
Ejemplo 3 Actividad estimulante de la lagrimación de las sustancias odorantes en ratones
Después, usando (R)-(-)-carvona, (+)-pregona, borneol, trans-4-metilciclohexanol, y mentol, todos los cuales son sustancias odorantes, cada una disuelta en aceite de ricino hidrogenado al 0,1%-solución salina, se evaluó in vivo la actividad estimulante de la lagrimación de estas sustancias. El método usado era tal y como sigue.
Determinación de la producción de lagrimación
Se recogió el líquido lagrimal del ojo izquierdo de ratones a intervalos de 15 minutos usando un tubo microcapilar de vidrio (capacidad de aspiración de 0,5 \mul/32 mm). La cantidad de líquido lagrimal aspirado se midió en longitud (mm) usando calibres y se convirtió en \mul para su uso como un marcador de la producción de lágrimas. Se anestesiaron los ratones mediante administración intraperitoneal de disolución anestésica de nembutal (0,2 mL/10 g de peso corporal, dosis de 60 mg/kg). Tras confirmar la pérdida del reflejo doloroso en el ratón, se inició la medición de la producción de lágrimas. Se realizaron las mediciones invariablemente a intervalos de 15 minutos desde el principio al fin. Después de dos mediciones iniciales realizadas separadas por 15 minutos, cada sustancia de prueba (dosis de 30 mg/kg) se administró inmediatamente en la vena caudal de los ratones a una tasa de 0,1 ml/10 g de peso corporal. Por lo tanto, la recogida de líquido lagrimal se lleva a cabo a intervalos de 15 minutos.
Como resultado, se observaron incrementos marcados en la lagrimación a los 15 minutos después de la administración intravenosa de cada una de las sustancias odorantes. En la tabla 1 se muestran los resultados. Se expresó el cambio en la producción de lágrimas como el porcentaje de producción de lagrimación en cada medición en relación al promedio de la producción de lagrimación en dos mediciones iniciales antes de la administración de cada sustancia de prueba.
TABLA 1
Sustancia de prueba Cambio en la producción de lagrimación
después de 15 minutos (%)
(R)-(-)-Carvona 61,5
(+)-pregona 70,2
Borneol 97,5
Trans-4-metilciclohexanol 85,4
Mentol 88,1
Vehículo 2,8
Ejemplo 4 Efecto del uso combinado de una sustancia odorante y el clorhidrato de pilocarpina en la producción de lagrimación en ratones
Se evaluó el efecto del uso combinado de (R)-(-)carvona, es decir, la sustancia odorante usada en el ejemplo 1, y el clorhidrato de pilocarpina. El método usado es como se indica a continuación.
Determinación de la producción de lágrimas
Se recogió el líquido lagrimal del ojo izquierdo de ratones a intervalos de 15 minutos usando un tubo microcapilar de vidrio (capacidad de aspiración de 0,5 \mul/32 mm). La cantidad de líquido lagrimal aspirado se midió en longitud (mm) usando calibres y se convirtió en \mul para su uso como un marcador de la producción de lágrimas. Se anestesiaron los ratones mediante administración intraperitoneal de disolución anestésica de nembutal (0,2 ml/10 g peso corporal, dosis de 60 mg/kg). Tras confirmar la pérdida del reflejo doloroso en el ratón, se inició la medida de la producción de lágrimas. Se realizaron las mediciones invariablemente a intervalos de 15 minutos desde el principio al fin. Después de dos mediciones iniciales realizadas separadas por 15 minutos, se administró la sustancia de prueba inmediatamente en la vena caudal de los ratones a una tasa de 0,1 ml/10 g de peso corporal. Después, se repitió la medición a intervalos de 15 minutos. Inmediatamente después de la medición de la producción de lagrimación a los 15 minutos después de la administración de la sustancia de prueba, se administró clorhidrato de pilocarpina al 0,005% por vía subcutánea a 0,1 ml/10 g de peso corporal (dosis de 5 mg/kg). Se llevó a cabo de forma adicional la recogida de líquido lagrimal 4 veces a intervalos de 15 minutos.
Como resultado, se observaron aumentos marcados en lagrimación a los diez minutos y pico hasta decenas de minutos tras la administración intravenosa y el efecto se sostuvo durante un largo tiempo. En la figura 3 se muestran los resultados con la (R)-(-)-carvona (dosis de 30 mg/kg) en el gráfico. El cambio en la producción de lagrimación se expresó como el porcentaje de la producción de lagrimación en cada medición en relación con el promedio de producción de lagrimación en las dos mediciones antes de la administración de la sustancia de prueba. La dimensión del tiempo representa el tiempo después de la administración de carvona.
Pudo observarse a partir del ejemplo 3 que la administración de carvona produce un aumento no inferior al 60% en la producción de lagrimación en un periodo corto de tiempo tal como de 15 a 30 minutos. Además, el efecto disminuyó gradualmente con el tiempo. Sin embargo, el ejemplo 4 mostró que el uso combinado de pilocarpina dio como resultado una prolongación adicional del efecto.
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Ejemplos de preparación de fármacos
Algunos ejemplos de formulación generales para los colirios se dan a continuación pero pretenden ayudar en el entendimiento de la presente invención y de ninguna forma definen el alcance de la invención.
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Colirio 1 (en 100 ml)
Carvona 100 mg
Aceite de ricino hidrogenado al 1% 1 ml
Solución salina fisiológica c.s.p
\vskip1.000000\baselineskip
Colirio 2 (en 100 ml)
Benzoato de denatonio 100 mg
Aceite de ricino hidrogenado al 1% 1 ml
Solución salina fisiológica c.s.p
\vskip1.000000\baselineskip
Colirio 3 (en 100 ml)
Carvona 10 mg
Glicerina concentrada 2500 mg
Polisorbato 80 2000 mg
Dihidrogenofosfato de sodio\cdot2H_{2}O 200 mg
Hidróxido de sodio 1 N c.s.p
Ácido clorhídrico 1 N c.s.p
Agua estéril purificada c.s.p
\vskip1.000000\baselineskip
Los colirios que contienen carvona en concentraciones del 0,001%, 0,005%, 0,05%, 0,1% y 3,0% (p/v) pueden preparase también de forma similar ajustando los niveles de formulación de carvona y los aditivos de forma apropiada.
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Colirio 4 (en 100 ml)
2-Isobutil-3-metoxipirazina 10 mg
Glicerina concentrada 2500 mg
Polisorbato 80 2000 mg
Dihidrogenofosfato de sodio\cdot2H_{2}O 200 mg
Hidróxido de sodio 1 N c.s.p
Ácido clorhídrico 1 N c.s.p
Agua estéril purificada c.s.p
Colirio 5 (en 100 ml)
Acetato de citronelilo 10 mg
Glicerina concentrada 2500 mg
Polisorbato 80 2000 mg
Dihidrogenofosfato de sodio\cdot2H_{2}O 200 mg
Hidróxido de sodio 1 N c.s.p
Acido clorhídrico 1 N c.s.p.
Agua estéril purificada c.s.p
Aplicación industrial
La composición abridora de los canales de agua novedosa según el primer aspecto de la invención, constituida según lo anterior, tienen una actividad abridora del canal de agua AQP5. La composición farmacéutica según el segundo aspecto de la invención puede estimular y mantener la actividad del canal de agua de AQP5 en la glándula lagrimal, y usándola puede proporcionar una composición farmacéutica para uso oftálmico, en particular una composición estimulante de la lagrimación que tienen tanto unas propiedades de acción rápida como de larga duración y un fármaco terapéutico para la lesión epitelial queratoconjuntival.

Claims (5)

1. Uso de un ligando de lipocalina para la fabricación de una composición para el tratamiento de lesión epitelial queratoconjuntival, en la que dicho ligando de lipocalina es un compuesto que se selecciona del grupo que consiste en: glucolípidos, porfirinas, benzoato de denatonio, 2-isobutil-3-metoxipirazina, 2-amino-4-butil-5-propilselenazol, acetato de citronelilo, carvona, 2-isopentilpirazina, 4-butil-5-propiltiazol, timol, 3,7-dimetiloctanol, 2-nonenal, linalol, benzoato de bencilo, compuestos similares al almizcle de anillo de 3 miembros, 2-metil-3-metoxipirazina, benzaldehído, quinolina, 2-feniletanol, cineol, isovalerato de isobutilo, ácido isovalérico, \beta-ionona, 2-trans-6-cis-nonadienal, geosmina, tricloroanisol, 5-\alpha-androst-16-en-3-ona, pentadecalactona, sulfuro de dimetilo, 4-hidroxioctanolactona, acetato de etilo, (+)-pregona y trans-4-metilciclohexanol.
2. Uso de un ligando de lipocalina para la fabricación de una composición para la aceleración de la cicatrización de heridas queratoconjuntivales, en la que dicho ligando de lipocalina es un compuesto que se selecciona del grupo que consiste en: glucolípidos, porfirinas, benzoato de denatonio, 2-isobutil-3-metoxipirazina, 2-amino-4-butil-5-propilselenazol, acetato de citronelilo, carvona, 2-isopentilpirazina, 4-butil-5-propiltiazol, timol, 3,7-dimetiloctanol, 2-nonenal, linalol, benzoato de bencilo, compuestos similares al almizcle de anillo de 3 miembros, 2-metil-3-metoxipirazina, benzaldehído, quinolina, 2-feniletanol, cineol, isovalerato de isobutilo, ácido isovalérico, \beta-ionona, 2-trans-6-cis-nonadienal, geosmina, tricloroanisol, 5-\alpha-androst-16-en-3-ona, pentadecalactona, sulfuro de dimetilo, 4-hidroxioctanolactona, acetato de etilo, (+)-pregona y trans-4-metilciclohexanol.
3. Uso de un ligando de lipocalina para la fabricación de una composición para el tratamiento del alargamiento de las células epiteliales queratoconjuntival, en la que dicho ligando de lipocalina es un compuesto que se selecciona del grupo que consiste en: glucolípidos, porfirinas, benzoato de denatonio, 2-isobutil-3-metoxipirazina, 2-amino-4-butil-5-propilselenazol, acetato de citronelilo, carvona, 2-isopentilpirazina, 4-butil-5-propiltiazol, timol, 3,7-dimetiloctanol, 2-nonenal, linalol, benzoato de bencilo, compuestos similares al almizcle de anillo de 3 miembros, 2-metil-3-metoxipirazina, benzaldehído, quinolina, 2-feniletanol, cineol, isovalerato de isobutilo, ácido isovalérico, \beta-ionona, 2-trans-6-cis-nonadienal, geosmina, tricloroanisol, 5-\alpha-androst-16-en-3-ona, pentadecalactona, sulfuro de dimetilo, 4-hidroxioctanolactona, acetato de etilo, (+)-pregona y trans-4-metilciclohexanol.
4. Uso de un ligando de lipocalina para la fabricación de una composición para el tratamiento de la xeroftalmia, en la que dicho ligando de lipocalina es un compuesto que se selecciona del grupo que consiste en: glucolípidos, porfirinas, benzoato de denatonio, 2-isobutil-3-metoxipirazina, 2-amino-4-butil-5-propilselenazol, acetato de citronelilo, carvona, 2-isopentilpirazina, 4-butil-5-propiltiazol, timol, 3,7-dimetiloctanol, 2-nonenal, linalol, benzoato de bencilo, compuestos similares al almizcle de anillo de 3 miembros, 2-metil-3-metoxipirazina, benzaldehído, quinolina, 2-feniletanol, cineol, isovalerato de isobutilo, ácido isovalérico, \beta-ionona, 2-trans-6-cis-nonadienal, geosmina, tricloroanisol, 5-\alpha-androst-16-en-3-ona, pentadecalactona, sulfuro de dimetilo, 4-hidroxioctanolactona, acetato de etilo, (+)-pregona y trans-4-metilciclohexanol.
5. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho ligando de lipocalina se usa en combinación con un fármaco parasimpaticomimético.
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