Multicationic amphiphiles: Novel Antiseptic and Biofilm disrupting agents

Pooja Majmudar, PhDTechnology Commercialization ManagerTemple University1801 N. Broad StreetConwell Hall, RM 401APhiladelphia, PA 19122Office Phone: 215-204-2660Email: pooja.majmudar@temple.edu            www.temple.edu/research/otdc

Inventor:

William M. Wuest, PhD.Department Of ChemistryTemple University, Philadelphia, PA

Background

• A  growing  number  of medical  infections  are  caused  by  bacteria,  parasites,  viruses  and fungi that are resistant to antibiotics.

• Every year more than 2 million people in the US get antibiotic-resistant infections and at least 23,000 die because current drugs no longer have the ability to stop their infections (CDC). 

• There is a shortage of antimicrobial agents in the pharmaceutical industry pipeline.

• Over  80  %  of  all  infections  are  associated  with  biofilms  in  which  their  resistance  to currently  available  antibiotics  increases  and  their  capability  for  evading  many  host defenses enhances.

• Biofilm infections lead to chronic/persistent infections or disabilities which contributes to an extremely heavy burden to overall healthcare costs.

Overview

Biscationic or Triscationic amphiphile

Simple and low cost preparation 

method

Antimicrobial agent, able to Kill 

and inhibit growth of 

microorganisms

Amphiphiles

• Served as antimicrobial agents for centuries• Common amphiphilic substances are soaps, detergents and lipoproteins.

• Cationic  amphiphiles  are  membrane  disruptors,  capitalizing  on  electrostatic interactions with the anionic bacterial cell membrane.

Active antiseptic in Lysol® (benzylalkonium chloride)

Multicationic Amphiphiles

Quaternary ammonium Amphiphiles

bis-pyridinium structures

TMEDA core

All-carbon core

Preparation of biscationic amphiphiles

Preparation and structures of mono- bis- and tris- quaternary ammonium cations

Biofilms

• Biofilm infections cause over 65% of nosocomial and foreign device infections (CDC).

These  compounds  possess  minimum  biofilm  eradication concentrations  as  low  as  25  µM  against  Gram-positive  biofilms, making them the most active anti-biofilm structures reported to date.

Applications

• Killing or inhibiting the growth of microorganisms including but not limited to bacteria, viruses, yeast, fungi, protozoa

• Killing or dispersing pre-established bacterial biofilms

• Cleaning and Sterilization

• Treatment of wounds, diseases or infections

• Antiseptics,  oil-pipeline  cleaning,  and  antifouling  treatment  for ships

Advantages

Low cost

Simple Production

Ability to disrupt established Biofilms

Broad range of activity

Demand

• During the past five years, growing consumer awareness of health, hygiene and the impact of pathogens worldwide has spurred growth in demand for disinfectants.

• Hospitals and other healthcare service providers use disinfectants to control infectious organisms. 

Market for Disinfectants

Related publications by the inventor

• Black, Jacob W., Megan C. Jennings, Julianne Azarewicz, Thomas J. Paniak, Melissa C. Grenier, William  M.  Wuest,  and  Kevin  PC  Minbiole.  "TMEDA-derived  biscationic  amphiphiles:  An economical  preparation  of  potent  antibacterial  agents." Bioorganic & medicinal chemistry letters 24, no. 1 (2014): 99-102.

• Jennings,  Megan  C.,  Laura  E.  Ator,  Thomas  J.  Paniak,  Kevin  PC  Minbiole,  and  William  M. Wuest.  "Biofilm Eradicating  Properties  of  Quaternary  Ammonium  Amphiphiles:  Simple ‐Mimics of Antimicrobial Peptides." ChemBioChem 15, no. 15 (2014): 2211-2215.

• Ator, Laura E., Megan C.  Jennings, Amanda R. McGettigan,  Jared  J. Paul, William M. Wuest, and Kevin PC Minbiole. "Beyond paraquats: Dialkyl 3, 3 -and 3, 4 -bipyridinium amphiphiles as ′ ′antibacterial agents." Bioorganic & medicinal chemistry letters 24, no. 16 (2014): 3706-3709.

• Fletcher,  Madison  H.,  Megan  C.  Jennings,  and  William  M.  Wuest.  "Draining  the  moat: disrupting  bacterial  biofilms  with  natural  products." Tetrahedron 70,  no.  37  (2014):  6373-6383.