The worldwide outbreak of COVID-19 caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has become a global pandemic. Alongside vaccines, antiviral therapeutics are an important part of the healthcare response to countering the ongoing threat presented by COVID-19. Here, we report the discovery and characterization of PF-07321332, an orally bioavailable SARS-CoV-2 main protease inhibitor with in vitro pan-human coronavirus antiviral activity and excellent off-target selectivity and in vivo safety profiles. PF-07321332 has demonstrated oral activity in a mouse-adapted SARS-CoV-2 model and has achieved oral plasma concentrations exceeding the in vitro antiviral cell potency in a phase 1 clinical trial in healthy human participants.

The novel coronavirus disease COVID-19 that emerged in 2019 is caused by the virus SARS CoV-2 and named for its close genetic similarity to SARS CoV-1 that caused severe acute respiratory syndrome (SARS) in 2002. Both SARS coronavirus genomes encode two overlapping large polyproteins, which are cleaved at specific sites by a 3C-like cysteine protease (3CLpro) in a post-translational processing step that is critical for coronavirus replication. The 3CLpro sequences for CoV-1 and CoV-2 viruses are 100% identical in the catalytic domain that carries out protein cleavage. A research effort that focused on the discovery of reversible and irreversible ketone-based inhibitors of SARS CoV-1 3CLpro employing ligand-protease structures solved by X-ray crystallography led to the identification of 3 and 4. Preclinical experiments reveal 4 (PF-00835231) as a potent inhibitor of CoV-2 3CLpro with suitable pharmaceutical properties to warrant further development as an intravenous treatment for COVID-19.

Abstract COVID-19 caused by the SARS-CoV-2 virus has become a global pandemic. 3CL protease is a virally encoded protein that is essential across a broad spectrum of coronaviruses with no close human analogs. PF-00835231, a 3CL protease inhibitor, has exhibited potent in vitro antiviral activity against SARS-CoV-2 as a single agent. Here we report, the design and characterization of a phosphate prodrug PF-07304814 to enable the delivery and projected sustained systemic exposure in human of PF-00835231 to inhibit coronavirus family 3CL protease activity with selectivity over human host protease targets. Furthermore, we show that PF-00835231 has additive/synergistic activity in combination with remdesivir. We present the ADME, safety, in vitro, and in vivo antiviral activity data that supports the clinical evaluation of PF-07304814 as a potential COVID-19 treatment.

Abstract The COVID-19 pandemic continues to be a public health threat with emerging variants of SARS-CoV-2. Nirmatrelvir (PF-07321332) is a reversible, covalent inhibitor targeting the main protease (Mpro) of SARS-CoV-2 and the active protease inhibitor in PAXLOVID ™ (nirmatrelvir tablets and ritonavir tablets). We evaluated the in vitro catalytic activity and in vitro potency of nirmatrelvir against the main protease (M pro ) of prevalent variants of concern (VOC) or variants of interest (VOI): Alpha (α, B.1.1.7), Beta (β, B.1.351), Delta (δ, B1.617.2), Gamma ( γ , P.1), Lambda (λ, B.1.1.1.37/C37), Omicron (o, B.1.1.529) as well as the original Washington or wildtype strain. These VOC/VOI carry prevalent mutations at varying frequencies in the M pro specifically for: α, β, γ (K90R), λ (G15S) and o (P132H). In vitro biochemical enzymatic assay characterization of the enzyme kinetics of the mutant M pros demonstrate that they are catalytically comparable to wildtype. Nirmatrelvir has similar potency against each mutant M pro including P132H that is observed in the Omicron variant with a Ki of 0.635 nM as compared to a Ki of 0.933nM for wildtype. The molecular basis for these observations were provided by solution-phase structural dynamics and structural determination of nirmatrelvir bound to the o, λ and β Mpro at 1.63 - 2.09 Å resolution. These in vitro data suggest that PAXLOVID has the potential to maintain plasma concentrations of nirmatrelvir many-fold times higher than the amount required to stop the SARS-CoV-2 VOC/VOI, including Omicron, from replicating in cells (1).

We describe a mass spectrometry (MS) analytical platform resulting from the novel integration of acoustic droplet ejection (ADE) technology, an open-port interface (OPI), and electrospray ionization (ESI) MS that creates a transformative system enabling high-speed sampling and label-free analysis. The ADE technology delivers nanoliter droplets in a touchless manner with high speed, precision and accuracy; subsequent sample dilution within the OPI, in concert with the capabilities of modern ESI-MS, eliminates the laborious sample preparation and method development required in current approaches. This transformative platform is applied to a variety of experiments, including high-throughput (HT) pharmacology screening, label-free in situ enzyme kinetics, in vitro and in vivo adsorption, distribution, metabolism, elimination, pharmacokinetic (PK) and biomarker analysis, and HT parallel medicinal chemistry.

Abstract COVID-19 caused by the SARS-CoV-2 virus has become a global pandemic. 3CL protease is a virally encoded protein that is essential across a broad spectrum of coronaviruses with no close human analogs. The designed phosphate prodrug PF-07304814 is metabolized to PF-00835321 which is a potent inhibitor in vitro of the coronavirus family 3CL pro, with selectivity over human host protease targets. Furthermore, PF-00835231 exhibits potent in vitro antiviral activity against SARS-CoV-2 as a single agent and it is additive/synergistic in combination with remdesivir. We present the ADME, safety, in vitro , and in vivo antiviral activity data that supports the clinical evaluation of this compound as a potential COVID-19 treatment.