Design, Synthesis, and Antimicrobial Evaluation of a Novel Bone-Targeting Bisphosphonate-Ciprofloxacin Conjugate for the Treatment of Osteomyelitis Biofilms

环丙沙星 骨髓炎 抗菌剂 抗生素 双膦酸盐 体内 化学 微生物学 药理学 医学 内科学 外科 骨质疏松症 生物 生物技术
作者
Parish P. Sedghizadeh,Shuting Sun,Adam Junka,Éric Richard,Keivan Sadrerafi,Susan Mahabady,Neema Bakhshalian,Natalia Tjokro,Marzenna Bartoszewicz,Monika Oleksy,Patrycja Szymczyk,Mark W. Lundy,Jeffrey D. Neighbors,R. G. G. Russell,Charles E. McKenna,Frank H. Ebetino
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:60 (6): 2326-2343 被引量:75
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.6b01615
摘要

Osteomyelitis is a major problem worldwide and is devastating due to the potential for limb-threatening sequelae and mortality. Osteomyelitis pathogens are bone-attached biofilms, making antibiotic delivery challenging. Here we describe a novel osteoadsorptive bisphosphonate-ciprofloxacin conjugate (BV600022), utilizing a "target and release" chemical strategy, which demonstrated a significantly enhanced therapeutic index versus ciprofloxacin for the treatment of osteomyelitis in vivo. In vitro antimicrobial susceptibility testing of the conjugate against common osteomyelitis pathogens revealed an effective bactericidal profile and sustained release of the parent antibiotic over time. Efficacy and safety were demonstrated in an animal model of periprosthetic osteomyelitis, where a single dose of 10 mg/kg (15.6 μmol/kg) conjugate reduced the bacterial load by 99% and demonstrated nearly an order of magnitude greater activity than the parent antibiotic ciprofloxacin (30 mg/kg, 90.6 μmol/kg) given in multiple doses. Conjugates incorporating a bisphosphonate and an antibiotic for bone-targeted delivery to treat osteomyelitis biofilm pathogens constitute a promising approach to providing high bone-antimicrobial potency while minimizing systemic exposure.

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