The growing resistance to current first-line antimalarial drugs represents a major health challenge. To facilitate the discovery of new antimalarials, we have implemented an efficient and robust high-throughput cell-based screen (1,536-well format) based on proliferation of Plasmodium falciparum (Pf) in erythrocytes. From a screen of ≈1.7 million compounds, we identified a diverse collection of ≈6,000 small molecules comprised of >530 distinct scaffolds, all of which show potent antimalarial activity (<1.25 μM). Most known antimalarials were identified in this screen, thus validating our approach. In addition, we identified many novel chemical scaffolds, which likely act through both known and novel pathways. We further show that in some cases the mechanism of action of these antimalarials can be determined by in silico compound activity profiling. This method uses large datasets from unrelated cellular and biochemical screens and the guilt-by-association principle to predict which cellular pathway and/or protein target is being inhibited by select compounds. In addition, the screening method has the potential to provide the malaria community with many new starting points for the development of biological probes and drugs with novel antiparasitic activities.

The antiplasmodial activity of a series of spirotetrahydro β-carbolines is described. Racemic spiroazepineindole (1) was identified from a phenotypic screen on wild type Plasmodium falciparum with an in vitro IC50 of 90 nM. Structure−activity relationships for the optimization of 1 to compound 20a (IC50 = 0.2 nM) including the identification of the active 1R,3S enantiomer and elimination of metabolic liabilities is presented. Improvement of the pharmacokinetic profile of the series translated to exceptional oral efficacy in the P. berghei infected malaria mouse model where full cure was achieved in four of five mice with three daily doses of 30 mg/kg.

ABSTRACT Recent malaria drug discovery approaches have been extensively focused on the development of oral, smallmolecule inhibitors for disease treatment whereas parenteral routes of administration have been avoided due to limitations in deploying a shelf-stable injectable even though it could be dosed less frequently. However, an updated target candidate profile from Medicines for Malaria Venture (MMV) and stakeholders have advocated for long-acting injectable chemopreventive agents as an important interventive tool to improve malaria prevention. Here, we present strategies for the development of a long-acting, intramuscular, injectable atovaquone prophylactic therapy. We have generated three prodrug approaches that are contrasted by their differential physiochemical properties and pharmacokinetic profiles: mCBK068, a docosahexaenoic acid ester of atovaquone formulated in sesame oil, mCKX352, a heptanoic acid ester of atovaquone formulated as a solution in sesame oil, and mCBE161, an acetic acid ester of atovaquone formulated as an aqueous suspension. As a result, from a single 20 mg/kg intramuscular injection, mCKX352 and mCBE161 maintain blood plasma exposure of atovaquone above the minimal efficacious concentration for >70 days and >30 days, respectively, in cynomolgus monkeys. The differences in plasma exposure are reflective of the prodrug strategy, which imparts altered chemical properties that ultimately influence aqueous solubility and depot release kinetics. On the strength of the pharmacokinetic and safety profiles, mCBE161 is being advanced as a first-in-class clinical candidate for first-in-human trials.