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Polycationic phosphorous dendrimer potentiates multiple antibiotics against drug-resistant mycobacterial pathogens - 22/03/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116289 
Mohmmad Imran a, d, 1, 2, Shriya Singh a, 1, 3, Mohammad Naiyaz Ahmad a, d, 4, Pradip Malik a, d, 5, Atri Mukhopadhyay a, d, 6, Karan Singh Yadav b, d, Umesh D. Gupta e, 7, Madhav N. Mugale b, d, 8, Kalyan Mitra c, d, 9, Kishore K. Srivastava a, d, Sidharth Chopra a, d, 10, Serge Mignani f, g, , 11 , Evgeny Apartsin h, 12, Jean-Pierre Majoral i, j, , 13 , Arunava Dasgupta a, d, , 14
a Division of Molecular Microbiology & Immunology, CSIR-Central Drug Research Institute, Sitapur Road, Jankipuram Extension, Lucknow, Uttar Pradesh 226031, India 
b Division of Toxicology & Experimental Medicine, CSIR-Central Drug Research Institute, Sitapur Road, Jankipuram Extension, Lucknow, Uttar Pradesh 226031, India 
c Electron Microscopy Unit, CSIR-Central Drug Research Institute, Sitapur Road, Lucknow, 226031, India 
d Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR), Ghaziabad 201002, India 
e National JALMA Institute for Leprosy and Other Mycobacterial Diseases, Agra 282001, India 
f Centre d’Etudes et de Recherche sur le Medicament de Normandie (CERMN), Université de Caen Normandie, Caen 14032, France 
g Centro de Quimica da Madeira, MMRG, Campus da Penteada, Universidade da Madeira, Funchal 9020-105 19, Portugal 
h Université de Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, CBMN, UMR 5248, Pessac F-33600, France 
i Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 Route de Narbonne, BP 44099, 31077 Toulouse Cedex 4, France 
j LCC-CNRS, Université de Toulouse, CNRS, Toulouse 31400, France 

Correspondence to: UNICAEN, CERMN (Centre d’Etudes et de Recherche sur le Medicament de Normandie), 14032 Caen, France.UNICAEN, CERMN (Centre d’Etudes et de Recherche sur le Medicament de Normandie)Caen14032France⁎⁎Corresponding author at: Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, 205 Route de Narbonne, BP 44099, 31077 Toulouse Cedex 4, FranceLaboratoire de Chimie de Coordination du CNRS205 Route de Narbonne, BP 44099, 31077ToulouseCedex 4France⁎⁎⁎Correspondence to: Division of Molecular Microbiology and Immunology, CSIR-Central Drug Research Institute, Sitapur Road, Sector 10, Janakipuram Extension, Lucknow, Uttar Pradesh 226031, India.Division of Molecular Microbiology and Immunology, CSIR-Central Drug Research InstituteSitapur Road, Sector 10, Janakipuram ExtensionLucknowUttar Pradesh226031India

Abstract

Mycobacterium tuberculosis (Mtb), causative agent of tuberculosis (TB) and non-tubercular mycobacterial (NTM) pathogens such as Mycobacterium abscessus are one of the most critical concerns worldwide due to increased drug-resistance resulting in increased morbidity and mortality. Therefore, focusing on developing novel therapeutics to minimize the treatment period and reducing the burden of drug-resistant Mtb and NTM infections are an urgent and pressing need. In our previous study, we identified anti-mycobacterial activity of orally bioavailable, non-cytotoxic, polycationic phosphorus dendrimer 2G0 against Mtb. In this study, we report ability of 2G0 to potentiate activity of multiple classes of antibiotics against drug-resistant mycobacterial strains. The observed synergy was confirmed using time-kill kinetics and revealed significantly potent activity of the combinations as compared to individual drugs alone. More importantly, no re-growth was observed in any tested combination. The identified combinations were further confirmed in intra-cellular killing assay as well as murine model of NTM infection, where 2G0 potentiated the activity of all tested antibiotics significantly better than individual drugs. Taken together, this nanoparticle with intrinsic antimycobacterial properties has the potential to represents an alternate drug candidate and/or a novel delivery agent for antibiotics of choice for enhancing the treatment of drug-resistant mycobacterial pathogens.

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Graphical Abstract




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Highlights

2G0 is efficacious against mycobacterial pathogens including M. abscessus.
2G0 synergizes with various antibiotics against mycobacterial pathogens.
2G0 in combination leads to increased cellular lysis as seen by SEM.
2G0 in combination significantly reduces frequency of resistant mutants.
2G0 in combination is efficacious in rescuing mice from NTM infection.

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Keywords : Polycationic-phosphorous dendrimers, AMR, Non-tuberculous mycobacteria, Synergy, in vivo activity


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