Finding new treatment-shortening antibiotics to improve cure rates and curb the alarming emergence of drug resistance is the major objective of tuberculosis (TB) drug development. Using a matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry imaging suite in a biosafety containment facility, we show that the key sterilizing drugs rifampicin and pyrazinamide efficiently penetrate the sites of TB infection in lung lesions. Rifampicin even accumulates in necrotic caseum, a critical lesion site where persisting tubercle bacilli reside. In contrast, moxifloxacin, which is active in vitro against a subpopulation of Mycobacterium tuberculosis that persists in specific niches under drug pressure and has achieved treatment shortening in mice, does not diffuse well in caseum, concordant with its failure to shorten therapy in recent clinical trials. We suggest that such differential spatial distribution and kinetics of accumulation in lesions may create temporal and spatial windows of monotherapy in specific niches, allowing the gradual development of multidrug-resistant TB. We propose an alternative working model to prioritize new antibiotic regimens based on quantitative and spatial distribution of TB drugs in the major lesion types found in human lungs. The finding that lesion penetration may contribute to treatment outcome has wide implications for TB.

Abstract The spectinamides are novel, narrow-spectrum semisynthetic analogs of spectinomycin, modified to avoid intrinsic efflux by Mycobacterium tuberculosis . Spectinamides, including lead MBX-4888A (Lee-1810), exhibit promising therapeutic profiles in mice, as single drugs and as partner agents with other anti-tuberculosis antibiotics including rifampin and/or pyrazinamide. To demonstrate that this translates to more effective cure, we first confirmed the role of rifampin, with or without pyrazinamide, as essential to achieve effective bactericidal responses and sterilizing cure in the current standard of care regimen in chronically infected C3HeB/FeJ mice compared to BALB/c mice. Thus, demonstrating added value in testing clinically relevant regimens in murine models of increasing pathologic complexity. Next we show that MBX-4888A, given by injection with the front-line standard of care regimen, is treatment shortening in multiple murine tuberculosis infection models. The positive treatment responses to MBX-4888A combination therapy in multiple mouse models including mice exhibiting advanced pulmonary disease can be attributed to favorable distribution in tissues and lesions, retention in caseum, along with favorable effects with rifampin and pyrazinamide under conditions achieved in necrotic lesions. This study also provides an additional data point regarding the safety and tolerability of spectinamide MBX-4888A in long-term murine efficacy studies.

ABSTRACT Tuberculosis lung lesions are complex and harbor heterogeneous microenvironments that influence antibiotic effectiveness. Major strides have been made recently in understanding drug pharmacokinetics in pulmonary lesions, but the bacterial phenotypes that arise under these conditions and their contribution to drug tolerance is poorly understood. A pharmacodynamic marker called the RS ratio quantifies ongoing rRNA synthesis based on the abundance of newly-synthesized precursor rRNA relative to mature structural rRNA. Application of the RS ratio in the C3HeB/FeJ mouse model demonstrated that Mycobacterium tuberculosis populations residing in different tissue microenvironments are phenotypically distinct and respond differently to drug treatment with rifampin, isoniazid or bedaquiline. This work provides a foundational basis required to address how anatomic and pathologic microenvironmental niches may contribute to the long treatment duration and drug tolerance during treatment of human tuberculosis.

Abstract TBI-223, a novel oxazolidinone for tuberculosis, is designed to provide improved efficacy and safety compared to linezolid in combination with bedaquiline and pretomanid (BPaL). We aim to optimize the dosing of TBI-223 within the BPaL regimen for enhanced therapeutic outcomes. TBI-223 is investigated in preclinical monotherapy, multidrug therapy, and lesion penetration experiments to describe its efficacy and safety versus linezolid. A translational platform incorporating linezolid and BPaL data from preclinical experiments and 4 clinical trials (NCT00396084, NCT02333799, NCT03086486, NCT00816426) is developed, enabling validation of the framework. TBI-223 preclinical and Phase 1 data (NCT03758612) are applied to the translational framework to predict clinical outcomes and optimize TBI-223 dosing in combination with bedaquiline and pretomanid. Results indicate that daily doses of 1200–2400 mg TBI-223 may achieve efficacy comparable to the BPaL regimen, with >90% of patients predicted to reach culture conversion by two months.

Abstract Candida glabrata is a major fungal pathogen notable for causing recalcitrant infections, rapid emergence of drug-resistant strains, and its ability to survive and proliferate within macrophages. Resembling bacterial persisters, a subset of genetically drug-susceptible C. glabrata cells can survive lethal exposure to the fungicidal echinocandin drugs. Herein, we show that macrophage internalization induces cidal drug tolerance in C. glabrata , expanding the persister reservoir from which echinocandin-resistant mutants emerge. We show that this drug tolerance is associated with non-proliferation and is triggered by macrophage-induced oxidative stress, and that deletion of genes involved in reactive oxygen species detoxification significantly increases the emergence of echinocandin-resistant mutants. Finally, we show that the fungicidal drug amphotericin B can kill intracellular C. glabrata echinocandin persisters, reducing emergence of resistance. Our study supports the hypothesis that intra-macrophage C. glabrata is a reservoir of recalcitrant/drug-resistant infections, and that drug alternating strategies can be developed to eliminate this reservoir.

Tuberculosis is the leading cause of mortality by infectious agents worldwide. The necrotic debris, known as caseum, which accumulates in the center of pulmonary lesions and cavities is home to nonreplicating drug-tolerant