Most malaria drug development focuses on parasite stages detected in red blood cells, even though, to achieve eradication, next-generation drugs active against both erythrocytic and exo-erythrocytic forms would be preferable. We applied a multifactorial approach to a set of >4000 commercially available compounds with previously demonstrated blood-stage activity (median inhibitory concentration < 1 micromolar) and identified chemical scaffolds with potent activity against both forms. From this screen, we identified an imidazolopiperazine scaffold series that was highly enriched among compounds active against Plasmodium liver stages. The orally bioavailable lead imidazolopiperazine confers complete causal prophylactic protection (15 milligrams/kilogram) in rodent models of malaria and shows potent in vivo blood-stage therapeutic activity. The open-source chemical tools resulting from our effort provide starting points for future drug discovery programs, as well as opportunities for researchers to investigate the biology of exo-erythrocytic forms.

Abstract Artemisinin-based combination therapies (ACT) are the frontline treatments against malaria worldwide. Recently the use of traditional infusions from Artemisia annua (from which artemisinin is obtained) or A. afra (lacking artemisinin) has been controversially advocated. Such unregulated plant-based remedies are strongly discouraged as they might constitute sub-optimal therapies and promote drug resistance. Here, we conducted the first comparative study of the anti-malarial effects of both plant infusions in vitro against the asexual erythrocytic stages of P. falciparum and the pre-erythrocytic (i. e., liver) stages of various Plasmodium species. Low concentrations of either infusion accounted for significant inhibitory activities across every parasite species and stage studied. We show that these antiplasmodial effects were essentially artemisinin-independent and were additionally monitored by observations of the parasite apicoplast and mitochondrion. In particular, the infusions significantly incapacitated sporozoites, and for P. vivax and P. cynomolgi, disrupted the hypnozoites. This provides the first indication that compounds other than 8-aminoquinolines could be effective antimalarials against relapsing parasites. These observations advocate for further screening to uncover urgently needed novel antimalarial lead compounds.