Design, Syntheses and Studies of Novel Antituberculosis Agents

新型抗结核药物的设计、合成与研究

基本信息

  • 批准号:
    10113138
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.07万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Tuberculosis (TB) is a highly contagious airborne pathogen that infects > 2 billion people, of whom an estimated 1.5 million people per year are killed by the disease. The global spread of multi-drug resistant (MDR), extensively-drug resistant (XDR), and totally drug resistant (TDR) strains of tuberculosis emphasizes the great need for new effective treatments. This renewal/Merit Award application capitalizes on the discovery of hits against two critical targets in Mycobacterium tubersuolsis – the imidazo[1,2-a]pyridine-3-carboxamides and the imidazo[2,1-b]pyridine-5- carboxamides that target QcrB and novel scaffolds that target complimentary BD oxidase – and seeks to advance these to potential TB treatments. As the first to patent, prolifically publish, and propose the mechanism of action for the imidazo[1,2-a]pyridine-3-carboxamide (IAPC) series, we are the most experienced group to continue development of this series through primate evaluation in preparation for clinical (human) studies. Additionally, we have disclosed the impressive in vitro properties of imidazo[2,1-b]thiazole 5-carboxamide (IT) series a new promising, rationally designed, scaffold we will continue to develop. This new class has low nanomolar antiTB activity against H37Rv, multidrug resistant (MDR) and extreme drug resistant (XDR) Mtb as well as good in vitro metabolism and in vivo exposure with greater lung to plasma ratios. Most recently, we have discovered a small molecule inhibitor of cytochrome bd oxidase in Mtb. A functional redundancy between the cytochrome bcc:aa3 and the cytochrome bd oxidase protects M. tuberculosis from the preclinical imidazopyridine (Q203)-induced bacterial death, highlighting the attractiveness of the bd- type terminal oxidase for drug development. Combination of our QcrB and bd oxidase inhibitor is bactericidal against replicating, nutrient-starved and hypoxic antibiotic-tolerant mycobacteria and showed increased efficacy in a mouse model of infection. These results indicate that further complementary development of a compound scaffold inhibiting the cytochrome bd oxidase will enhance the value of a drug combination targeting oxidative phosphorylation for treatment of tuberculosis. Furthermore, all of these heterocyclic scaffolds (IAPC, IT and bd oxidase inhibitor) can be prepared in bulk (50 – 100 g) inexpensively and, from these penultimate intermediates, lead compounds with animal efficacy can be prepared in just one synthetic step (amide bond formation or nucleophilic aromatic substitution) and in multi-gram quantities (>15 g). Through our extensive collaborations, we will evaluate all samples and combinations for antiTB activity. We will also perform related studies, including microbe selectivity, gross toxicity particularly looking to avoid mitochondrial toxicity, metabolism, pharmacokinetics (PK), maximum tolerated dose (MTD), mice and/or monkey efficacy and mode of action studies of any new compounds with promising activity and physicochemical attributes including metabolite identification. Our criteria for a clinical candidate are: selective nanomolar potency against H37Rv and drug resistant Mtb, in vivo efficacy comparable to first line drugs isoniazid and rifampicin (at a dose <100 mg/kg), low toxicity (at least 10x over effective dose), minimal drug-drug interactions, good aqueous solubility (>100 g/mL) and synthetic simplicity/cost effectiveness. A highly qualified team of coworkers and collaborators from experienced laboratories has been assembled to accomplish the overarching goal of providing the TB-research and biomedical communities a promising new anti-tb drug treatment as well as validated new drug targtes (respiratory bc1 complex bd oxidase of Mtb). RELEVANCE (See instructions): Tuberculosis (TB) is a serious global health risk that infects more than 2,000,000,000 people worldwide and causes a death every 20 seconds! The objective of this proposal is to develop cost effective anti-TB agents. The focus is on studies of new small molecular weight compounds that are easily synthesized, non-toxic, and yet effective at inhibiting TB growth.
结核病 (TB) 是一种高度传染性的空气传播病原体,感染超过 20 亿人,其中 据估计,每年有 150 万人死于这种疾病。多种药物在全球蔓延。 耐药(MDR)、普通耐药(XDR)和完全耐药(TDR)菌株 结核病强调了对新的有效治疗方法的巨大需求。 该应用利用了针对分枝杆菌中两个关键靶标的命中发现 结核病 – 咪唑并[1,2-a]吡啶-3-甲酰胺和咪唑并[2,1-b]吡啶-5- 靶向 QcrB 的甲酰胺和靶向互补 BD 氧化酶的新型支架 – 并寻求将这些技术推广到潜在的结核病治疗方法。 并提出了咪唑并[1,2-a]吡啶-3-甲酰胺(IAPC)系列的作用机制, 我们是通过灵长类动物继续开发该系列最有经验的团队 此外,在为临床(人类)研究做准备时,我们还披露了令人印象深刻的结果。 咪唑并[2,1-b]噻唑5-甲酰胺(IT)系列的体外特性是一个新的有前途的、合理的 我们将继续开发这种新的设计支架,具有低纳摩尔抗结核活性。 针对 H37Rv、多重耐药 (MDR) 和极端耐药 (XDR) 结核分枝杆菌,以及良好的 最近,我们发现体外代谢和体内暴露具有更大的肺与血浆比率。 在 Mtb A 功能冗余中发现了细胞色素 bd 氧化酶的小分子抑制剂。 细胞色素 bcc:aa3 和细胞色素 bd 氧化酶之间的相互作用可保护结核分枝杆菌免受 临床前咪唑并吡啶(Q203)诱导的细菌死亡,凸显了bd-的吸引力 我们的 QcrB 和 bd 氧化酶抑制剂的组合用于药物开发。 对复制、营养匮乏和缺氧的耐抗生素分枝杆菌具有杀菌作用 在小鼠感染模型中显示出更高的功效这些结果进一步表明。 抑制细胞色素bd氧化酶的复合支架的互补开发将 增强靶向氧化磷酸化的药物组合治疗以下疾病的价值 结核。 此外,所有这些杂环支架(IAPC、IT 和 bd 氧化酶抑制剂)都可以制备 廉价地批量(50 – 100 克),并且从这些倒数第二个中间体中,得到具有 动物功效只需一个合成步骤即可制备(酰胺键形成或亲核反应) 芳香族取代)和多克数量(>15 克),通过我们的广泛合作, 我们将评估所有样品和组合的抗结核活性。我们还将执行相关操作。 研究,包括微生物选择性、总毒性,特别是避免线粒体 毒性、代谢、药代动力学 (PK)、最大耐受剂量 (MTD)、小鼠和/或猴子 任何具有前景活性的新化合物的功效和作用方式研究 理化属性,包括代谢物鉴定。我们对临床候选者的标准。 是:针对 H37Rv 和耐药 Mtb 的选择性纳摩尔效力,体内疗效相当 与一线药物异烟肼和利福平(剂量 <100 mg/kg)相比,毒性低(至少是 10 倍) 有效剂量)、最小的药物相互作用、良好的水溶性(>100 µg/mL)和合成 简单/成本效益。来自的高素质同事和合作者团队。 经验丰富的实验室已经聚集起来,以实现总体目标 为结核病研究和生物医学界提供一种有前途的新型抗结核药物 治疗以及经过验证的新药物靶点(结核分枝杆菌呼吸 bc1 复合物 bd 氧化酶)。 相关性(参见说明): 结核病 (TB) 是一种严重的全球健康风险,感染人数超过 20 亿 全世界每 20 秒就有一人死亡! 重点是开发具有成本效益的抗结核药物。 易于合成、无毒且有效的分子量化合物 抑制结核病的生长。

项目成果

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