Design, synthesis and study of glycosylated dynamic polymers (dynamers) as antibacterial agents – DynaSweet

Les synthèses des briques moléculaires sont basées du laboratoire (ICBMS) qui ont permis de mettre en évidence une sélection de glycoclusters par une lectine. Ces résultats préliminaires ont permis de valider une preuve de concept.
La réaction réversible de polymérisation utilisée est la formation d’une acyl-hydrazone à partir d’un aldéhyde et d’un hydrazide. Cela impose donc d’incorporer dans ces structures macrocycliques une fonction polymérisable aldéhyde ou hydrazide.
Les premières études de polymérisation modèle ont pu être débutes (IMP) pour mieux connaitre et comprendre les paramètres gouvernant cette formation d’acyl-hydrazone.
En parallèle, une série de glycoclusters sera étudiée pour leurs effets anti-adhésifs, sur leur formes non polymérisées.

Les synthèses des briques moléculaires sont avancées pour incorporer une fonction polymérisable. L’introduction d’une lysine dans le bras espaceur entre le saccharide et le dithiophénol (qui permet la macrocyclisation) offre ainsi une ramification qui pourra accueillir la fonction polymérisable. Le couplage entre le saccharide et la lysine a été optimisé et celui avec la fonction polymérisable est en cours.
En parallèle, une série de glycoclusters macrocycliques ont été étudiés pour leurs affinités vis-à-vis des lectines LecA et LecB de Pseudomonas aeruginosa. Les mesures d’affinité par microcalorimétrie (ITC) ont démontré des affinités nanomolaires pour ces lectines ce qui en fait de très bons candidats pour une application en thérapie anti-adhésive.
La synthèse d’un monomère difonctionnalisé par des aldéhydes ou hydrazide est aussi étudiée pour permettre d’atteindre les polymères dynamiques glycosylés. Les premiers composés basés sur un oligoethylèneglycol ne sont pas solubles dans l’eau et une nouvelle version incorporant une fonction amine ionisable a pH physiologique permettra d’obtenir la solubilité souhaitée.
Les premières études de polymérisation ont été réalisées sur des briques modèles de type dihydrazide succinique et glutaraldéhyde. Ces composés ont été choisi pour leur solubilité dans l’eau et nous avons pu démontrer une influence de la concentration, du pH et du temps de réaction sur la taille du polymère. Une difficulté a aussi été rencontrée dans la caractérisation des polymères formés par chromatographie d’exclusion ou spectrométrie de masse, difficulté qui a pu être contournée.
Les études
Des analyses des propriétés des glycoclusters vis-à-vis (1) des interactions avec P. aeruginosa via une mesure des propriétés d’agrégation bactérienne (analyse métasizer MALVERN, et étude de la toxicité via tests live-dead de spectro-fluorimétrie) et (2) de l’inhibition de l’adhésion de P. aeruginosa à des cellules épithéliales pulmonaires (A549) sont en cours.

DynaSweet apportera une nouvelle approche de lutte anti-bactérienne qui utilisera un mélange de briques moléculaires en équilibre qui pourront s’auto-assembler à façon en fonction de la cible bactérienne. Cette stratégie anti-adhésive a déjà porté ses fruits en série glycocluster non dynamiques, sur la base d’un cœur calixarène glycosylé. Ces composés sont actuellement l’objet d’une série de dépôt de brevets pour ensuite évoluer vers la phase pré-clinique. DynaSweet permettra donc de passer d’un modèle statique de type calixarène à un système dynamique basé sur deux séries de réactions réversibles permettant d’atteindre des glycoclusters et polymères dynamiques. Les études en microbiologie permettront d’approcher les mécanismes mis en jeu et aussi de confirmer très tôt dans le processus de la toxicité éventuelle des molécules. La résistance antiobiotique croissante étant un problème majeur de santé publique, DynaSweet apportera ainsi une arme nouvelle t complémentaire de l’arsenal existant.

Fanny Demontrond, Poster à la Journée Scientifique de la SCF Rhône-Alpes, Grenoble, 13 Juin 2019

Pseudomonas aeruginosa (PA) is a bacterium causing 20% of hospital acquired infections and has now become multi-drug resistant. Anti-adhesive therapy appears as a complementary strategy to standard antibiotics. Glycosylated multivalent macromolecules such as dendrimers, polymers or glycoclusters have been designed in this context and can prevent aggregation of bacteria to host cells by inhibiting lectin-carbohydrate interactions responsible for adhesion. DynaSweet will produce glycosylated dynamic polymers (glyco-dynamers) optimized and tailored for each bacterial strain, in a perspective of diagnosis and lead discovery. Two levels of dynamic combinatorial chemistry will be implemented, the first one with selection with a protein (lectin/adhesion) and the second with selection through whole bacteria. First, dynamic macrocyclic glycoclusters (dynarenes) will be obtained from disulfide-based DCLs and submitted to selection/amplification in situ by adhesins such as LecA and LecB from PA. Second, these macrocyclic dynarene hits will be co-polymerized under thermodynamic control using acyl-hydrazone reversible covalent bonds to generate glyco-dynamers which will themselves, be submitted to selection/amplification by the whole bacteria. Fluorescent monomers will be used for the detection at the surface of the bacteria by confocal microscopy. Identification of the dynarenes (selected and amplified by lectin) and glyco-dynamers (selected and amplified by bacteria) will be achieved mainly by mass spectrometry techniques associated with HPLC. The goal is not to identify a specific and unique glyco-dynamer compound but rather a combination of building blocks (input) selected by each bacterial strain to form in situ glyco-dynamers leading to the optimal biological activity (output) as “hits” anti-adhesive agents. These encoded “hits” will then be used as “leads” for the design of antibacterial agents against PA or as innovative tools of diagnosis.