Achieving a reversible decrease of metabolism and other physiological processes in the whole organism, as occurs in animals that experience torpor or hibernation, could contribute to increased survival after serious injury. Using a Bayesian network tool with transcriptomic data and chemical structure similarity assessments, we predicted that the Alzheimer's disease drug donepezil (DNP) could be a promising candidate for a small molecule drug that might induce a torpor-like state. This was confirmed in a screening study with Xenopus laevis tadpoles, a nonhibernator whole animal model. To improve the therapeutic performance of the drug and minimize its toxicity, we encapsulated DNP in a nanoemulsion formulated with low-toxicity materials. This formulation is composed of emulsified droplets <200 nm in diameter that contain 1.250 mM DNP, representing ≥95% encapsulation efficiency. The DNP nanoemulsion induced comparable torpor-like effects to those produced by the free drug in tadpoles, as indicated by reduced swimming motion, cardiac beating frequency, and oxygen consumption, but with an improved biodistribution. Use of the nanoemulsion resulted in a more controlled increase of DNP concentration in the whole organism compared to free DNP, and to a higher concentration in the brain, which reduced DNP toxicity and enabled induction of a longer torpor-like state that was fully reversible. These studies also demonstrate the potential use of Xenopus tadpoles as a high-throughput in vivo screen to assess the efficacy, biodistribution, and toxicity of drug-loaded nanocarriers.

Abstract Broad-spectrum therapeutics capable of inhibiting SARS-CoV-2, its variants, and related coronaviruses hold promise in curbing the spread of COVID-19 and averting future pandemics. Here, we employed a multidisciplinary approach that included molecular dynamics simulation (MDS) and artificial intelligence (AI)-based docking predictions to identify potent inhibitors that target a conserved region within the SARS-CoV-2 spike protein that mediates membrane fusion by undergoing large-scale mechanical rearrangements. In silico binding screens honed in on this region, leading to the discovery of FDA-approved drugs and novel molecules predicted to disrupt spike protein conformational changes. These compounds significantly inhibited SARS-CoV-2 infection and blocked the entry of spike protein-bearing pseudotyped α, β, γ, δ variants as well as SARS-CoV and MERS-CoV in cultured human ACE2-expressing cells. The optimized lead compound significantly inhibited SARS-CoV2 infection in mice when administered orally.

ABSTRACT Drugs that induce reversible slowing of metabolic and physiological processes would have great value for organ preservation, especially for organs with high susceptibility to hypoxia-reperfusion injury, such as the heart. Using whole-organism screening of metabolism, mobility, and development in Xenopus , we identified an existing drug, SNC80, that rapidly and reversibly slows biochemical and metabolic activities while preserving cell and tissue viability. Although SNC80 was developed as a delta opioid receptor activator, we discovered that its ability to slow metabolism is independent of its opioid modulating activity as a novel SNC80 analog (WB3) with almost 1,000 times less delta opioid receptor binding activity is equally active. Metabolic suppression was also achieved using SNC80 in microfluidic human organs-on-chips, as well as in explanted whole porcine hearts and limbs, demonstrating the cross-species relevance of this approach and potential clinical relevance for surgical transplantation. Pharmacological induction of physiological slowing in combination with organ perfusion transport systems may offer a new therapeutic approach for tissue and organ preservation for transplantation, trauma management, and enhancing patient survival in remote and low-resource locations.