Development of Lectin directed Theranostics against Pseudomonas aeruginosa

Abstract

The gram-negative bacterium Pseudomonas aeruginosa is one of the major causes of hospital-acquired infections and a leading cause of death in cystic fibrosis patients. Rapid emergence of multidrug resistant strains calls for urgent development of novel treatment options. In this work, P. aeruginosa carbohydrate binding proteins LecA and LecB were explored as extracellular targets for lectin-directed theranostics. LecA and LecB ligands were synthetically modified to allow conjugation to imaging moieties in order to enable the detection of an infection site. Fluorescein-carbohydrate conjugates showed good affinities to LecA and LecB and were used to stain P. aeruginosa biofilm aggregates in vitro. Furthermore, rapidly accessible divalent LecA ligands were designed and synthesised and low nanomolar affinities were achieved. Optimization of these divalent ligands yielded highly potent LecA inhibitors with excellent solubility and good ADME properties in vitro. Finally, this design of divalent LecA inhibitors allowed the development of highly potent LecA-targeting imaging probes.

Das Gram-negative Bakterium Pseudomonas aeruginosa ist mit hauptverantwortlich für Krankenhausinfektionen und eine der Haupttodesursachen für Patienten mit zystischer Fibrose. Das vermehrte Aufkommen multiresistenter Keime fordert dringend die Erforschung neuartiger Therapiestrategien. In dieser Arbeit wurden zwei Kohlenhydrat-bindende Proteine von P. aeruginosa, LecA und LecB, als extrazelluläre Zielstrukturen für neuartige Lektinbindende Theranostika erforscht. Liganden von LecA und LecB wurden synthetisch so modifiziert, dass eine Konjugation mit Fluoreszenzfarbstoffen die Erkennung von Infektionsherden ermöglichen soll. Diese Fluorescein-Kohlenhydrat-Konjugate zeigten gute Affinitäten gegenüber LecA und LecB und wurden verwendet um Biofilm-Aggregate von P. aeruginosa in vitro zu färben. Weiterhin konnten schnell zugängliche divalente LecA-Liganden mit niedrig nanomolaren Affinitäten designt und synthetisiert werden. Weitere Optimierungen dieser Verbindungen ergaben hochpotente LecA-Inhibitoren mit exzellenter Löslichkeit und guten ADME-Parametern in vitro. Schließlich ermöglichten diese divalenten LecA-Inhibitoren die Entwicklung hochpotenter LecA-spezifischer Kontrastmittel.