Optimization of BMAP-18 an anti-infective peptide for the treatment of pulmonary infection

Patients with lung infections require pharmacological treatment against multi drug resistant pathogens. The antimicrobial peptide BMAP27(1-18), a truncated form of BMAP-27, have shown to be active in vitro against planktonic and sessile forms of multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa and Stenotrophomonas maltophilia cystic fibrosis strains. Despite the good antimicrobial activity in vitro, it does not show a protective activity in vivo in a murine model of acute pulmonary infection by P. aeruginosa and shows a residual in vivo toxicity. The inefficiency is caused by its scarce stability in the pulmonary environment and this is confirmed by the observation of its degradation in the presence of murine bronchoalveolar lavage fluid. To overcome these drawbacks we operated in two directions. At first, we synthesized the enantiomer (D-BMAP-18) to avoid its degradation. It has a good antimicrobial activity in vitro against sessile and planktonic form of P. aeruginosa strains. It is stable in pulmonary environment and it is active in media mimic the CF lung environment, under this condition its antimicrobial activity is enhanced in combination with mucolytic compounds already approved in CF-therapy. However, it showed a non negligible toxicity both in vitro and in vivo. Secondly, to partially solve this drawback its pro-form (Pro-D-BMAP18) was synthetized in order to obtain a peptide inactive and which is converted to its active form only in the site of infection/inflammation thanks to elastase, enabling a slowly release of the pharmacologically active peptide. Pro-D-BMAP18 seems to solve the side effects linked to the D-BMAP18, showing a reduce cytotoxicity and a conserved antimicrobial activity. It is correctly processes into D-BMAP18 in pulmonary environment and, under this condition, shows a good antimicrobial activity. Pro-D-BMAP18 seems to be a promising compound for the in vivo treatment of pulmonary infection but only the in vivo assay will enable us to understand the real potential of Pro-D-BMAP18 in therapy.

I pazienti con infezioni polmonari richiedono un trattamento farmacologico contro agenti patogeni multiresistenti. Il peptide antimicrobico BMAP27 (1-18), una forma troncata di BMAP-27, ha dimostrato di essere attivo in vitro contro forme planctoniche e sessili di ceppi isolati da pazineti con fibrosi cistica di Pseudomonas aeruginosa multiresistenti e Stenotrophomonas maltophilia. Nonostante la buona attività antimicrobica in vitro, non mostra un'attività protettiva in vivo in un modello murino di infezione polmonare acuta da parte di P. aeruginosa e mostra una tossicità residua in vivo. L'inefficienza è causata dalla sua scarsa stabilità nell'ambiente polmonare e ciò è confermato dall'osservazione della sua degradazione in presenza di fluido di lavaggio broncoalveolare murino. Per superare questi inconvenienti abbiamo operato in due direzioni. Inizialmente, abbiamo sintetizzato l'enantiomero (D-BMAP-18) per evitare la sua degradazione. Ha una buona attività antimicrobica in vitro contro la forma sessile e planctonica dei ceppi di P. aeruginosa. È stabile nell'ambiente polmonare ed è attivo nei media imitando l'ambiente polmonare CF, in questa condizione la sua attività antimicrobica è aumentata in combinazione con composti mucolitici già approvati nella CF-terapia. Tuttavia, ha mostrato una tossicità non trascurabile sia in vitro che in vivo. In secondo luogo, per risolvere parzialmente questo inconveniente il suo pro-form (Pro-D-BMAP18) è stato sintetizzato al fine di ottenere un peptide inattivo e che viene convertito nella sua forma attiva solo nel sito di infezione / infiammazione grazie all'elastasi, consentendo un lento rilascio del peptide farmacologicamente attivo. Pro-D-BMAP18 sembra risolvere gli effetti collaterali legati al D-BMAP18, mostrando una citotossicità ridotta e un'attività antimicrobica conservata. È correttamente processi in D-BMAP18 in ambiente polmonare e, in questa condizione, mostra una buona attività antimicrobica. Pro-D-BMAP18 sembra essere un composto promettente per il trattamento in vivo di infezione polmonare, ma solo il test in vivo ci consentirà di comprendere il reale potenziale di Pro-D-BMAP18 nella terapia.