ES2340604T3 - Lineas celulares estables que expresan herg. - Google Patents

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Abstract

Una línea celular eucariota estable que consiste esencialmente en CHO crelox-hERG UG 7, ATCC PTA-6812, o su progenie, derivados o descendientes.

Description

Líneas celulares estables que expresan hERG.
Esta invención está relacionada en general con unas líneas celulares estables que expresan el canal de potasio hERG activado por voltaje, y los métodos para utilizar dichas células para probar la capacidad de los compuestos de inhibir la corriente de hERG.
Los canales iónicos constituyen una clase relativamente pequeña de dianas farmacéuticas, en parte porque ha sido difícil la automatización de los ensayos de cribaje de los canales iónicos y su formato a gran escala. Sin embargo, avances recientes en electrofisiología (P.B. Bennett et al., Trends in Biotech (2003) 21(12):563-69; C. Wood et al., Fármaco Disc Today (2004) 9(10):434-41) han renovado el interés en los canales iónicos como dianas para el descubrimiento de fármacos. Varios canales iónicos se han relacionado con enfermedades hereditarias, lo que conduce a estudiar los moduladores de los canales iónicos para el tratamiento y prevención de enfermedades (D. Owen et al., Drug Disc World (2002) 48-61).
hERG es un canal iónico de particular interés para la industria farmacéutica, aunque más como un problema de seguridad/toxicológico que como diana para el desarrollo de moduladores (ICH S7B Guidance for Industry, Oct. 2005; J.I. Vandenberg et al., Trends Pharm Sci (2001) 22(5): 240-46). El canal de potasio activado por voltaje hERG contribuye a la corriente de potasio rectificadora tardía de rápida activación (IKr) del potencial de acción cardiaco. La interacción de fármacos con el canal de potasio hERG se ha visto implicada en la prolongación del intervalo QT del electrocardiograma y la arritmia cardiaca conocida como Torsades de Pointes ("TdP"; véase C.E. Chiang y D.M. Roden, J Am Coll Cardiol (2000) 36(1):1-12.; D.M. Roden, N Eng J Med (2004) 350:1013-22.). La TdP puede ser fatal, y el riesgo de inducirla conduce al abandono y a la falta de aprobación de productos farmacéuticos.
Se ha comprobado que el cribaje a gran escala de fármacos candidatos para determinar su posible efecto sobre hERG es difícil, en gran parte debido a la falta de disponibilidad de una línea celular estable que exprese hERG con la suficiente concentración en superficie, y que sea un sujeto adecuado para los instrumentos de medida del flujo iónico a gran escala.
Los inventores han creado líneas celulares que expresan hERG que de forma reproducible forma sellos estables con gran amplitud de la corriente utilizando análisis estándar y automatizados de control en parche (del inglés patch clamp). Las líneas celulares de la invención producen valores de CI_{50} que son representativos de los que se han descrito en la bibliografía utilizando métodos a pequeña escala.
Un aspecto de la invención es una línea celular eucariota estable que expresa hERG, y muestra una corriente de prueba que varía en menos de aproximadamente un 20% de amplitud de la corriente del pico bajo las condiciones control durante alrededor de una hora.
Otro aspecto de la invención es un método para determinar la propensión de un compuesto de prueba a inhibir la actividad conductiva de hERG, poniéndose en contacto una célula de la invención con dicho compuesto de prueba, midiendo una corriente de prueba bajo condiciones electrofisiológicas, y determinando si la corriente de prueba es menor en presencia del compuesto de prueba.
Definiciones
A no ser que se indique de otro modo, los siguientes términos utilizados en esta solicitud, incluyendo la especificación y las reivindicaciones, tiene el significado que se proporciona a continuación. Debe notarse que, tal y como se utilizan en la especificación y las reivindicaciones anexas, las formas singulares "un", "una", "el" y "la" incluyen los referentes plurales a no ser que el contexto claramente los dicte de otro modo.
"Agonista" se refiere a un compuesto que potencia la actividad de otro compuesto o receptor.
"Antagonista" se refiere a un compuesto que disminuye o evita la acción de otro compuesto o receptor.
El término "fármaco candidato" se refiere a un compuesto o preparación del que se va a probar su posible efecto en el tratamiento de una enfermedad en un animal, independientemente de si dicho fármaco candidato posee una actividad biológica conocida.
El término "homólogo" como se utiliza aquí se refiere a una proteína que realiza sustancialmente la misma función en otra especie dada y comparte una identidad de secuencia sustancial, hasta el punto que se reconocen en el campo como versiones diferentes de la misma proteína, que difieren principalmente en la especie en la que se encuentran. Así, por ejemplo, el ERG humano, el ERG de ratón y el ERG de rata se consideran todos homólogos entre ellos.
"Modulador" significa una molécula que interacciona con una diana. Las interacciones incluyen, pero no se limitan a, un agonista, un antagonista y similares, como se definen aquí. "Enfermedad" significa cualquier enfermedad, estado, síntoma, trastorno o indicación.
El término "línea celular" se refiere a un clon de células de mamífero inmortalizadas. Una línea celular "estable" es una línea celular que muestra características sustancialmente consistentes a lo largo del tiempo (por ejemplo tras doblarse). Una línea celular estable dentro del alcance de esta invención proporciona una proporción sustancial de células que son capaces de ejercer una resistencia de sellado superior a alrededor de 50 MOhm, una amplitud de la corriente superior a alrededor de 200 pA, y una amplitud de la corriente que no varía en más de aproximadamente un 20% a lo largo de una hora bajo condiciones control.
Los términos "progenie" y "descendientes" tal y como se utilizan aquí se refieren a las células obtenidas mediante cultivo o de cualquier otro modo de obtener una célula de la invención. El término "derivado" tal y como se utiliza aquí se refiere a una célula que se obtiene mediante modificación, fusión, transfección, transformación o de cualquier otro modo de cambiar una célula de la invención. Por ejemplo, pueden crearse derivados trasfectando una célula de la invención con un plásmido o virus, fusionándola con una célula de hibridoma y similares.
El término "medidas electrofisiológicas" o "experimento de control en parche" se refiere a un procedimiento experimental en el que el potencial de voltaje de parte o la totalidad de una membrana celular (típicamente en una célula aislada) se mantiene a un voltaje predeterminado, luego se somete a uno o más cambios en el voltaje, durante y/o tras los cuales se mide la corriente que pasa a través de la membrana. En el experimento de medida de hERG utilizado aquí, se fija inicialmente el voltaje de una célula que expresa hERG en su superficie a un potencial de mantenimiento de -80 mV, y se calculó la diferencia de escape entre un pulso de 100 ms hasta -40 mV, seguido de 1000 ms a 20 mV (pre-pulso), y 500 ms a -40 mV (pulso de prueba). La corriente de hERG se midió como el pico (al inicio del pulso de prueba) a -40 mV tras la corrección con la corriente de escape. Pueden utilizarse variaciones de este protocolo. La inhibición de la corriente de hERG debida a la interacción de un fármaco con el canal de potasio hERG se mide durante el pulso de prueba y se indica como "corriente de prueba". En las líneas celulares de la invención, la corriente de prueba varía en menos de aproximadamente el 20% en una situación control, que dura hasta una hora. El término "instrumento de control en parche" se refiere a cualquier instrumento o dispositivo adecuado para realizar tales medidas, como por ejemplo, un control en parche estándar como IonWorks HT, IonWorks Quattro, PatchXpress 7000A y similares.
"Sujeto" incluye mamífero y aves. "Mamíferos" significa cualquier miembro de la clase mammalia, lo que incluye pero no se limita a los humanos, primates no humanos como los chimpancés y otras especies de simios y monos; animales de granja como vacas, caballos, ovejas, cabras y cerdos, animales domésticos como conejos, perros y gatos, animales de laboratorio, lo que incluye roedores, como las ratas, ratones y conejillos de indias, y similares. El término "sujeto" no indica una edad o sexo particular.
"Tratar" o "tratamiento" de una enfermedad incluye (i) prevenir la enfermedad, es decir conseguir que los síntomas clínicos de la enfermedad no se desarrollen en un sujeto que puede estar expuesto o predispuesto a la enfermedad, pero que aun no experimenta o muestra síntomas de la enfermedad; (ii) inhibir la enfermedad, es decir, detener el desarrollo de la enfermedad o sus síntomas clínicos; o (iii) aliviar la enfermedad, es decir, causar una regresión temporal o permanente de la enfermedad o sus síntomas clínicos.
Método general
La invención proporciona líneas celulares que expresan hERG y son adecuadas para su utilización en ensayos de electrofisiología a gran escala automatizados y en métodos que utilizan tales células para el cribaje de compuestos con una potencial actividad inhibidora de hERG.
Las líneas celulares de la invención están diseñadas para su utilización en sistemas electrofisiológicos de parches planos gracias al hecho de que están adaptadas a crecer en suspensión. Se han utilizado en sistemas como el sistema de parche plano IonWorks HT y el PatchXpress 7000A, pero también pueden utilizarse en otros dispositivos o sistemas.
Las líneas celulares pueden cultivarse en suspensión utilizando Ex-cell 301 (JRH, Nº cat. JRH-14331), suero fetal bovino al 10% (Gibco, Nº cat. 16140-089) y 0,25 mg/ml de geneticina (Gibco, Nº cat. 10131-035). Las células se cultivan preferiblemente a 35 \pm 2ºC, se suplementan con CO_{2} al 5%, en volúmenes de 50-100 ml en frascos de un litro, en agitación a 90-100 rpm (amplitud del agitador de dos pulgadas). Para un funcionamiento óptimo, se mantienen los títulos de células entre alrededor de 10^{5} y alrededor de 10^{6} células/ml.
La expresión de hERG puede verificarse mediante métodos estándar, por ejemplo, mediante Western blot tras una la lisis celular. La expresión de la corriente de hERG puede variar dependiendo de las condiciones de cultivo celular.
La estabilidad de una línea celular puede valorarse utilizando un método estándar de control en parche, fijando las células obtenidas de la línea celular, sometiéndolas a un pulso y midiendo las corrientes resultantes en una serie de puntos temporales. En una línea celular estable de la invención, la corriente no varía en más del 20% a lo largo de una hora bajo condiciones control.
Para las células adherentes, la recogida normalmente requiere la utilización de un reactivo de disociación, como el medio de cultivo suplementado con tripsina o Versene^{TM}. Para las células adaptadas al crecimiento en suspensión, típicamente no es necesario un reactivo de disociación. Las células se resuspenden en la solución de registro electrofisiológico previamente a su uso en un experimento.
Las medidas de la corriente de HERG se realizan en las células de la invención en presencia y ausencia de los compuestos de prueba. Para el cribaje, es suficiente registrar la concentración a la que el compuesto de prueba inhibe la corriente de hERG en alrededor del 50% o más.
En la práctica de los métodos de la invención, las células de una línea celular de la invención se ponen en contacto o se exponen a los compuestos de prueba, lo que opcionalmente incluye compuestos control positivo y negativo, y se mide el grado en el que se inhibe la actividad de hERG mediante la determinación del efecto (si lo hay) sobre la corriente durante las medidas electrofisiológicas. Por lo tanto, por ejemplo, se pueden aplicar las células de la invención en un substrato de un instrumento de control en parche, y poner en contacto células individuales con un compuesto de prueba. Los compuestos de prueba pueden utilizarse en diferentes concentraciones, o pueden utilizarse a una concentración predeterminada (por ejemplo, 10 \muM, 20 \muM, 50 \muM y similares). Los compuestos normalmente se disuelven en una solución de registro electrofisiológico. Las células entonces se fijan en parches y se someten a un pulso como el descrito aquí, y se detecta la corriente de prueba. Los compuestos que causan una reducción sustancial de la corriente de prueba se consideran inhibidores de la actividad de hERG a esa concentración. Preferiblemente, la corriente de prueba se compara con uno o más controles, que pueden ser las mismas células de la invención previamente a la aplicación de los compuestos de prueba, o pueden ser células sustancialmente idénticas (por ejemplo, derivadas del mismo cultivo celular) y sometidas a compuestos control positivo y/o negativo.
Utilidad
Las líneas celulares de la invención son útiles ya que proporcionan una expresión de hERG en la superficie de la célula con un rendimiento estable, y sirven como sustratos adecuados para el cribaje a gran escala de la actividad de hERG utilizando métodos electrofisiológicos. Por lo tanto, utilizando las líneas celulares de la invención, se puede realizar un cribaje de fármacos candidatos rápidamente y de forma eficiente de su posible interacción con hERG. Los métodos de la invención son útiles para el cribaje a gran escala de fármacos candidatos y otros compuestos, para determinar su interacción y/o modulación de hERG, y por lo tanto, en parte determinar su potencial cardiotoxicidad.
Ejemplos
Las siguientes preparaciones y ejemplos se proporcionan para permitir a los expertos en la materia una comprensión clara y como práctica de la presente invención. No deben considerarse como limitantes del alcance de la invención, sino meramente ilustrativos y representativos de la misma.
Los componentes del medio de cultivo celular incluyen Ex-cell 301 (JRH, Nº cat. JRH-14331), suero fetal bovino al 10% (Gibco, Nº cat. 16140-089) y 0,25 mg/ml geneticina (Gibco, Nº cat. 10131-035). Las células se cultivan a 35 \pm 2ºC, suplementadas con CO_{2} al 5%, en volúmenes de 50-100 ml en frascos de 1 litro en agitación a 90-100 rpm (amplitud del agitador de 2 pulgadas). Para un funcionamiento óptimo, el título de células se mantiene entre 10^{5} y 10^{6} células/ml.
Las soluciones de registro electrofisiológico tanto para el control en parche estándar como automatizado (PatchXpress 7000A) incluye un tampón interno (en mM, de Sigma a no ser que se indique de otro modo): 140 KCl (Nº cat. P-9541), 6 EGTA (Nº cat. E-3889), 5 Hepes (Nº cat. H-3784), 5 MgCl_{2} (Nº cat. M-1028), 5 ATP-Na^{2} (Nº cat. A-2383) y pH 7,2 con KOH (J.T. Baker, Nº cat. 3143-01); un tampón externo (en mM, de Sigma a no ser que se indique de otro modo): 150 NaCl (Nº cat. S-3014), 10 Hepes (Nº cat. H-3784), 4 KCl (Nº cat. P-9541), 1.2 CaCl_{2} (Nº cat. C-3306), 1 MgCl_{2} (Nº cat. M-1028), pH hasta 7,4 con HCl (J.T. Baker Nº cat. 5619-02). Los sustratos de control en parche incluyen PatchPlates^{TM} (Nº cat. 9000-0688) y SealChips^{TM} (1-SealChip16-K) distribuidos por Molecular Devices Corp.
Electrofisiología: Protocolo del pulso de voltaje: el potencial de mantenimiento fue de -80 mV, la sustracción del escape se calculó a partir de un pulso de 100 ms a -40 mV, seguido de 1000 ms a 20 mV (pre-pulso), y 500 ms a -40 mV (pulso de prueba). La corriente de hERG se midió como el pico (al inicio del pulso de prueba) a -40 mV tras la corrección con la corriente de escape.
Generación de la curva de CI_{50} y estadística: Se representaron las curvas de concentración-respuesta utilizando Excel Fit (versión 3, ID-BS) con el modelo logístico de cuatro parámetros o el modelo de dosis respuesta sigmoideo, ecuación 205. Inhibición fraccional (I_{Compuesto}/I_{Control}) = 1/(1+ [Compuesto]/IC_{50})^{nH}, donde I es la corriente, IC_{50} es la concentración de compuesto necesario para inhibir la corriente en un 50% y nH es el coeficiente de Hill.
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Ejemplo 1 Línea celular CHO-K1 que expresa hERG
(A) Una línea celular CHO-K1 que expresa de forma estable niveles elevados de canales hERG funcionales se generó como sigue. Inicialmente, las células CHO-K1 salvajes se trasfectaron con un plásmido que codifica una casete (promotor de CMV - proteína cian fluorescente - IRES - marcador de resistencia a higromicina). En esta construcción se localizan dos puntos loxP no idénticos, uno entre el promotor CMV y el ORF de la proteína cian fluorescente, y otro en el extremo 3' del marcador de resistencia a higromicina. A partir de trasfectantes al azar de células CHO en crecimiento en higromicina, se seleccionó una línea celular en base a sus niveles de expresión de proteína cian fluorescente. Estos niveles permanecieron estables a lo largo de múltiples generaciones; y mediante una transferencia de DNA genómico se verificó que había ocurrido un único evento de integración cromosómico. A continuación se recombinó una casete (loxP - hERG - IRES - marcador de resistencia a neomicina - loxP) con esta línea celular receptora mediante un intercambio mediado por la recombinasa CRE. El paso de recombinación correcta se verificó en clones de células CHO seleccionadas mediante i) ausencia de fluorescencia cian, ii) sensibilidad a la higromicina y iii) éxito en la PCR de DNA genómico utilizando un cebador directo localizado en el promotor del CMV y un cebador reverso en el ORF de hERG. La transfección y subsiguiente selección de 5 millones de células resultó en 16 clones que cumplían los tres criterios anteriores. Estos clones se escalaron y se analizó su expresión de la proteína hERG mediante Western blot y la actividad del canal iónico hERG en el instrumento Ionworks. Una de las líneas celulares resultantes, la "CHO crelox hERG UG#7", se adaptó a continuación al crecimiento en suspensión. Se preparó un cultivo en suspensión inicial mediante la dilución de células a 0,75 millones/ml en medio Ex-cell 301, FBS al 5%, 0,25 mg/ml G418. Este cultivo se mantuvo durante 24 horas y alcanzó una densidad de alrededor de 10^{6} células/ml. Luego se diluyó a 0,2 millones de células/ml en medio fresco y se cultivó durante 72 horas, hasta alcanzar una densidad de 10^{6} células/ml. Este paso de dilución-transferencia se repitió cuatro veces, y en este punto se consideró que las células estaban adaptadas al cultivo en suspensión. Esta línea celular (CHO crelox hERG UG#7) se depositó en la ATCC bajo las condiciones del tratado de Budapest con el número de registro PTA-6812 el 22 de Junio de 2005.
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Ejemplo 2 Evaluación de las células que expresan hERG
Se ha documentado una descripción de la línea celular utilizando el instrumento IonWorks HT: H. Guthrie, et al. (2005). "A Place for High Throughput Electrophysiology in Cardiac Safety: Generating a Novel hERG Cell Line and Screening Early with IonWorks HT". J Biomol Screening (2005) 10(8):832-40.
Se ha documentado una descripción de la línea celular utilizando el instrumento PatchXpress 7000A: L. Guo y H. Guthrie (2005). "The Role of Automated Electrophysiology in the Prediction of QT Prolongation". J Pharmacol Toxicol Methods 52(1):123-35.
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Ejemplo 3 Cribaje a gran escala de la actividad de hERG
La línea celular CHO crelox hERG UG#7 mostró una amplitud de corriente media de 800 pA, un éxito de la tasa de sellos de > 80%, sellos entre 100-200 MOhm y registros de éxito globales superiores al 80%, y se escogió para su utilización en el cribaje de una biblioteca de compuestos. Se cribaron trescientos compuestos para encontrar aquellos que inhibían > 50% de la corriente de hERG tras una aplicación de compuesto a 30 \muM. Para el cribaje se utilizaron compuestos de varios proyectos, algunos de los cuales ya se había descrito que bloqueaban los canales hERG cuando se estudiaron mediante control en parche estándar, aunque estos experimentos se realizaron a ciegas. Se prepararon tres placas de compuestos en placas de 96 pocillos y cada una de ellas se analizó dos veces, con aproximadamente 90 compuestos por placa (cada compuesto se probó cuatro veces). Utilizando la placa de 384 pocillos PatchPlate, el cribaje de un único punto de los 300 compuestos se completó en una jornada de ocho horas. El análisis utilizando una placa de compuestos dura aproximadamente 40 min. En total, cada compuesto se utilizó en ocho pocillos de la PatchPlate, lo que generalmente permite entre tres y ocho células correctas (puntos de datos) a esa concentración.
Durante el cribaje, cada concentración de compuesto se analizó dos veces para asegurar un número suficiente de células por punto de datos. La redundancia de ocho pocillos era necesaria a causa de la variabilidad en la tasa de éxito. Así es posible disponer de un rango en n valores de uno a ocho para cada compuesto. Los pocillos replicados en la PatchPlate también son importantes debido a la variabilidad entre las células de una línea celular. La Fig. 1 muestra la variabilidad observada en la línea celular CHO crelox hERG UG#7 a lo largo de nueve días de experimento (no consecutivos). Durante este tiempo, tras la evaluación inicial de la línea celular, esta línea celular presentó una amplitud de corriente media de 650 pA, que se redujo desde los 800 pA observados en la fase de evaluación de la línea celular de este estudio. La estabilidad de la corriente fue elevada y se aproximó al 90%. Aunque los replicados utilizados en estos experimentos pueden haber aumentado el tiempo que se empleó en el cribaje, se obtuvieron suficientes datos en el tiempo de cribado planificado. Con el nuevo Ion-Works Quattro, una tecnología que incorpora la tecnología de control en parche en poblaciones (Population Patch Clamp^{TM}, con un mayor número de puntos de registro en el pocillo de la PatchPlate), se eliminará la redundancia que se ha utilizado aquí.
A 30 \muM, 160 compuestos bloquearon la corriente de hERG en > 50%. Los 160 compuestos así identificados se reanalizaron utilizando una estrategia de concentración-respuesta de ocho puntos con el sistema de IonWorks HT. Se cribaron cinco fármacos por ronda, junto con los controles positivo (haloperidol) y negativo (PBS con DMSO al 0,1%). La CI_{50} media del haloperidol obtenida con el IonWorks HT fue de 0,74 + 0,36 \muM (a partir de 31 experimentos). Los datos históricos de control en parche estándar del haloperidol recogidos a 37ºC con una línea celular diferente bajo condiciones experimentales diferentes variaba de 0,025 a 0,12 \muM. El cribaje de 160 compuestos tardó cinco días en completarse con una concentración individual testada en 16 pocillos de la PatchPlate. Como se ha discutido anteriormente, la redundancia en el análisis de los compuestos pretende asegurar que se obtiene un gran número de puntos de datos para mejorar el nivel de confianza del grupo de datos. Se seleccionó un conjunto de datos originado en un proyecto para una evaluación en más detalle, ya que todos los compuestos de este subgrupo se habían analizado mediante control en parche estándar. Los datos históricos de control en parche y los datos del IonWorks HT se compararon con una correlación positiva (Spearman r = 0,53, p < 0,004). Los compuestos que resultaron en un valor de CI_{50} de hERG > 30 \muM en el IonWorks HT habían resultado en un valor medio de CI_{50} mediante control en parche estándar de 20,2 + 10,0 \muM (DE). Los valores de control en parche estándar se obtuvieron bajo condiciones ligeramente diferentes, lo que incluye una configuración de célula completa (frente a parche perforado), el protocolo de pulso de voltaje, las soluciones de registro, la línea celular (CHO-hERG), temperatura (37ºC) y los métodos de análisis. Algunos compuestos parecían menos potentes con el sistema IonWorks HT, y algunos incluso ligeramente más potentes. Sin embargo, los valores medios de CI_{50} de ambos grupos no mostraron una diferencia estadística.

Claims (6)

1. Una línea celular eucariota estable que consiste esencialmente en CHO crelox-hERG UG#7, ATCC PTA-6812, o su progenie, derivados o descendientes.
2. Un método para determinar la capacidad de un compuesto de prueba de inhibir hERG, u dicho método comprende:
a) proporcionar una célula eucariota estable de la reivindicación 1;
b) poner en contacto dicha célula con un compuesto de prueba;
c) medir una corriente de prueba en un instrumento de control en parche (patch clamp); y
d) determinar si la corriente de prueba se reduce en presencia de dicho compuesto de prueba.
\vskip1.000000\baselineskip
3. El método de la reivindicación 2, en el que dicha corriente de prueba en dicha célula se compara antes y después de poner en contacto dicha célula con dicho compuesto de prueba.
4. El método de la reivindicación 2, en el que dicha corriente de prueba en dicha célula se compara con una corriente de prueba en una célula sustancialmente idéntica en ausencia de dicho compuesto de prueba.
5. El método de la reivindicación 2, en el que dicha corriente de prueba en dicha célula se compara con una corriente de prueba en una célula sustancialmente idéntica que se pone en contacto con un compuesto del que se sabe que no posee efectos inhibitorios de hERG.
6. El método de la reivindicación 2, en el que dicha corriente de prueba en dicha célula se compara con una corriente de prueba en una célula sustancialmente idéntica que se pone en contacto con un compuesto del que se sabe que muestra un nivel inaceptable de inhibición de hERG.
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