background image

Journal Pre-proof

Oral Milk Exosome-PLGA Nanoparticles Enhance Anti-Tuberculosis Efficacy of

PBTZ169 and Bedaquiline

Eryue Liu, Chennan Liu, Yangxue Ye, Zimo Wang, Weiyan Zhang, Lei Fu, Bin Wang,

Yujin Wang, Yu Lu
PII:

S2589-0042(26)01016-3

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.115641

Reference:

ISCI 115641

To appear in:

iScience

Received Date: 18 September 2025
Revised Date: 26 January 2026
Accepted Date: 4 April 2026

Please cite this article as: Liu, E., Liu, C., Ye, Y., Wang, Z., Zhang, W., Fu, L., Wang, B., Wang, Y.,

Lu, Y., Oral Milk Exosome-PLGA Nanoparticles Enhance Anti-Tuberculosis Efficacy of PBTZ169 and

Bedaquiline, 

iScience

 (2026), doi: 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.115641

.

This is a PDF of an article that has undergone enhancements after acceptance, such as the addition

of a cover page and metadata, and formatting for readability. This version will undergo additional

copyediting, typesetting and review before it is published in its final form. As such, this version is no

longer the Accepted Manuscript, but it is not yet the definitive Version of Record; we are providing

this early version to give early visibility of the article. Please note that Elsevier’s sharing policy for the

Published Journal Article applies to this version, see: 

https://www.elsevier.com/about/policies-and-

standards/sharing#4-published-journal-article

. Please also note that, during the production process,

errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the

journal pertain.

© 2026 Published by Elsevier Inc.

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

Oral Milk Exosome-PLGA Nanoparticles Enhance 

Anti-Tuberculosis Efficacy of PBTZ169 and 

Bedaquiline  

Eryue Liu

1

, Chennan Liu

1

, Yangxue Ye

1

, Zimo Wang

1

, Weiyan Zhang

1

, Lei Fu

1

Bin Wang

1

Yujin Wang

1

, Yu Lu

1*

  

1 Beijing Key Laboratory of Drug Resistance Tuberculosis Research, Beijing Chest Hospital,  

Capital Medical University, Beijing Tuberculosis and Thoracic Tumor Research Institute, 

Beijing 101149 

Lead contact: Yu Lu (luyu4876@hotmail.com) 

Corresponding author: Yu Lu (luyu4876@hotmail.com) 

10 

Keywords

: Exosome, Oral drug delivery, Tuberculosis, Murine Model, Bedaquiline, PBTZ169 

11 

 

 

12 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

Summary

:  The oral delivery of next-generation anti-tuberculosis drugs, such as PBTZ169 and 

13 

bedaquiline,  is  hindered  by  poor  solubility  and  low  bioavailability.  We  have  developed  a 

14 

bioinspired delivery platform that combines milk exosomes with PLGA nanoparticles to deliver 

15 

the two drugs separately. This nano-delivery system leverages the gastrointestinal stability and 

16 

mucosal  penetration  of  exosomes,  along  with  the  high  encapsulation  efficiency  of  PLGA, 

17 

significantly enhancing drug hydrophilicity and stability. In murine models, the exosome-coated 

18 

nanoparticles  increased  plasma  bioavailability  by  2.5

4.9-fold  compared  to  free  drugs  and 

19 

achieved superior accumulation in target organs, while mitigating the cardiotoxicity risk associated 

20 

with  BDQ.  This  synergistic  strategy,  integrating  synthetic  and  natural  carriers,  overcomes  key 

21 

pharmacological  barriers,  offering  a  promising  approach  to  developing  effective  and  patient-

22 

compliant oral therapies for tuberculosis and potentially other infectious diseases. 

23 

Introduction 

24 

 Tuberculosis (TB), a chronic infectious disease caused by 

Mycobacterium tuberculosis

 (MTB), 

25 

remains a formidable global health challenge, persistently ranking among the top ten causes of 

26 

mortality  worldwide.  According  to  the  World  Health  Organization  (WHO)  2024  Global 

27 

Tuberculosis Report and relevant academic studies, there were an estimated 10.8 million new TB 

28 

cases globally in 2023 alone, highlighting the disease's continuing threat to public health 

1

. While 

29 

significant progress has been  made in anti-TB drug development, current therapeutic regimens 

30 

continue to suffer from critical limitations, including protracted treatment durations, suboptimal 

31 

efficacy, and severe adverse effects, all contributing to poor patient compliance 

2

. These challenges 

32 

necessitate the urgent development of novel treatment strategies characterized by shorter duration, 

33 

reduced toxicity, and enhanced therapeutic outcomes. 

34 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

Recent years have witnessed notable advances in next-generation anti-TB agents, yet several 

35 

pharmacological hurdles persist. Macozinone (PBTZ169), a frontrunner in the benzothiazinone 

36 

(BTZ) class of DprE1 inhibitors, demonstrates exceptional 

in vitro

 potency with a remarkably low 

37 

minimum inhibitory concentration (MIC) of 0.2 ng/mL

significantly surpassing that of existing 

38 

therapeutics, including bedaquiline (BDQ) 

3,4

. However, its clinical translation is hindered by poor 

39 

drug-like properties stemming from high lipophilicity (ClogP = 5.06), which manifests in low oral 

40 

bioavailability and dose-limiting hepatotoxicity and gastrointestinal complications 

5,6

. Similarly, 

41 

bedaquiline

while mechanistically innovative

faces substantial delivery challenges due to its 

42 

extreme  hydrophobicity  (logP  =  6.37,  aqueous  solubility  =  0.000193  mg/mL;  values  from  the 

43 

DrugBank  public  property  profile) 

7

9

.  These  physicochemical  challenges  are  compounded  by 

44 

safety  considerations  that  require  careful  management  in  the  clinical  setting.  While  BDQ  has 

45 

demonstrated  an  acceptable  overall  safety  profile,  its  known  QTc  interval  prolongation  effect 

46 

necessitates monitoring during treatment, as it may increase the risk of Torsades de Pointes (TdP), 

47 

a  potentially  life-threatening  arrhythmia,  particularly  when  co-administered  with  other  QTc-

48 

prolonging drugs. Although hyperuricemia has been reported in some studies, it is not considered 

49 

a primary or common adverse reaction associated with BDQ therapy 

10

12

50 

To circumvent these limitations, contemporary TB drug development has increasingly focused 

51 

on  advanced  oral  delivery  platforms.  Compared  to  parenteral  administration,  oral  formulations 

52 

offer  superior  patient  compliance  and  clinical  practicality.

 

Given  the  need  to  overcome  the 

53 

physicochemical and pharmacokinetic hurdles of promising candidates like BDQ and PBTZ169 

54 

while optimizing their therapeutic safety window, the development of novel delivery systems is of 

55 

significant  value.  Among  emerging  strategies,  nanocarrier-based  delivery  systems  have  shown 

56 

particular  promise.  Functionalized  poly(lactic-co-glycolic  acid)  (PLGA)  nanoparticles,  for 

57 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

instance,  have  demonstrated  enhanced  therapeutic  profiles  for  rifampicin  and  isoniazid  in 

58 

preclinical models, outperforming conventional formulations at equivalent doses 

13

. As an FDA-

59 

approved  biomaterial,  PLGA  nanoparticles  provide  distinct  advantages,  including  high 

60 

encapsulation  efficiency,  controlled  biodegradability,  excellent  biocompatibility,  and  versatile 

61 

surface engineering potential

14

. Nevertheless, their clinical utility as oral delivery vehicles remains 

62 

limited by premature gastrointestinal degradation and off-target biodistribution 

15

63 

Extracellular  vesicles  (EVs),  particularly  exosomes  (30

150  nm),  have  recently  emerged  as 

64 

revolutionary biological delivery vectors. Their innate phospholipid bilayer architecture, coupled 

65 

with exceptional biocompatibility, prolonged circulation kinetics, and unique biological barrier-

66 

traversing capabilities, positions them as ideal drug carriers 

16

18

. However, intrinsic limitations in 

67 

production scalability and drug loading efficiency continue to hinder their therapeutic application  

68 

19

21

.  In  addition,  milk-derived  exosomes  are  highly  resistant  to  harsh  gastrointestinal  tract 

69 

environments 

22

25

.  This  has  spurred  innovative  hybrid  approaches  that  combine  synthetic 

70 

nanoparticles  with  exosomal  components,  creating  "bioinspired  nanovesicles"  that  synergize 

71 

artificial design with natural biological activity. 

72 

Building upon these research breakthroughs, our study innovatively developed an oral delivery 

73 

platform that ingeniously integrates PLGA nanoparticles with milk-derived exosomes to achieve 

74 

separate delivery of the anti-tuberculosis drugs PBTZ169 and bedaquiline. This biomimetic system 

75 

achieves  dual  optimization:  (1)  dramatically  improving  drug  solubility  and  pharmacokinetic 

76 

profiles through nanoformulation, while (2) harnessing exosomes' innate targeting specificity and 

77 

mucosal penetration capabilities for enhanced drug delivery efficiency. The incorporation of MEs 

78 

further  enhances  the  biocompatibility  and  physiological  stability  of  the  system.  By  addressing 

79 

multiple  pharmacological  challenges  simultaneously

from  bioavailability  enhancement  to 

80 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

toxicity  mitigation

this  innovative  approach  represents  a  paradigm  shift  in  TB  therapeutics, 

81 

potentially initiating a novel phase of patient-centric, high-efficiency oral treatment modalities. 

82 

Results 

83 

1.

 

Preparation  and  Characterization  of  ME-PLGA-PBTZ169  and  ME-PLGA-BDQ 

84 

Nanoparticles 

85 

In this study, ME-PLGA-PBTZ169/BDQ NPs were synthesized through a three-step process: (1) 

86 

isolation ofME, (2) preparation of PLGA-PBTZ169/BDQ NPs, and (3) co-incubation of ME with 

87 

PLGA-

PBTZ169/BDQ NPs. The resulting nanoparticles were lyophilized and stored at −80°C for 

88 

further use. 

89 

Transmission  electron  microscopy  (TEM)  imaging  confirmed  the  characteristic  cup-shaped 

90 

morphology  of  ME  (Fig.  1A).  Dynamic  light  scattering  (DLS,  Table  1)  analysis  revealed  a 

91 

hydrodynamic diameter of 104.50±4.86 nm for ME, with a size distribution ranging from 30 to 

92 

150 nm, consistent with typical exosome dimensions. The relatively low polydispersity index (PDI, 

93 

0.16±0.02) and high yield (BCA protein concentration: 3.29 ± 0.20 mg/mL) suggest that both the 

94 

extraction method and the milk source used in this study were suitable for efficient ME isolation. 

95 

The  morphological  characterization  of  ME-PLGA-PBTZ169  NPs  and  ME-PLGA-BDQ  NPs 

96 

(Figure  1B-C)  and  particle  size/potential  measurements  (Table  1)  demonstrated  that  the 

97 

nanoparticle diameter increased correspondingly with the addition of the bilayer cell membrane 

98 

coating on the nanoparticle core. Furthermore, zeta potential results indicated surface potentials of 

99 

-20.28 ± 0.45 mV and -18.65 ± 0.83 mV for PLGA-PBTZ169 NPs and ME-PLGA-PBTZ169 NPs, 

100 

respectively,  due  to  the charge  shielding  effect  from  the  membrane  coating.  Similarly,  PLGA-

101 

BDQ NPs and ME-PLGA-BDQ NPs showed surface potentials of -20.44 ± 0.39 mV and -18.26 ± 

102 

0.47 mV, respectively. In this study, zeta potential measurements revealed an increase in surface 

103 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

charge of PLGA after  membrane coating.  Compared to  PLGA  NPs, ME-PLGA  NPs  exhibited 

104 

increased diameter.

 

We evaluated the storage stability of ME-PLGA NPs at -80°C for one month. 

105 

As  shown  in  Figure  2,  no  significant  differences  were  observed  in  the  average  particle  size, 

106 

polydispersity  index,  or  zeta  potential  of  the  nanoparticles  after  reconstitution  following 

107 

lyophilization. This indicates that the nanoparticles maintained good physical stability under long-

108 

term low-temperature storage conditions, making them suitable for subsequent experimental use. 

109 

The encapsulation efficiency (EE) and drug loading capacity (DL) of ME-PLGA-PBTZ169 NPs 

110 

and  ME-PLGA-BDQ  NPs  were  determined.  Both  drug-loaded  nanoparticles  exhibited  high 

111 

encapsulation efficiency (63.3% and 68.52%, respectively) and drug loading (15.90% and 18.13%, 

112 

respectively) (Table 2). Western Blot (WB) analysis confirmed the presence of exosomal marker 

113 

proteins  in  both  ME  and  drug-loaded  ME-PLGA  NPs  (Figure  1).  Due  to  dilution  during  the 

114 

preparation  process,  the  ME-PLGA  NPs  exhibited  weaker  band  intensities  in  WB.  However, 

115 

quantitative  analysis  demonstrated  that  the  procedure  successfully  preserved  over  85%  of  the 

116 

membrane proteins (Figure 1), confirming its efficiency. In conclusion, we successfully prepared 

117 

ME-PLGA NPs.    

118 

 

119 

2.

 

Surface Hydrophilicity of ME-PLGA Nanoparticles Compared to Raw APIs 

120 

The surface wettability characteristics of PBTZ169, BDQ, PLGA-PBTZ169 NPs, PLGA-BDQ 

121 

NPs,  ME-PLGA-PBTZ169  NPs,  and  ME-PLGA-BDQ  NPs  were  evaluated  via  contact  angle 

122 

measurements after lyophilization and tablet compression. The contact angle (θ),

 defined as the 

123 

angle formed between the tangent to the liquid-vapor interface and the solid-liquid interface at the 

124 

three-phase contact point, serves as a key parameter for assessing surface wettability. A contact 

125 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

angle θ < 90° indicates a hydrophilic surface with good liquid spreading, while θ > 90° suggests a 

126 

hydrophobic surface with poor wettability. 

127 

Marked  differences  in  surface  wetting  behavior  were  observed  experimentally:  when  water 

128 

droplets were placed on the surfaces of the raw APIs (PBTZ169 and BDQ), the droplets exhibited 

129 

a distinct spherical shape with contact angles exceeding 90°, demonstrating typical hydrophobic 

130 

characteristics with minimal spreading. In contrast, on the surfaces of ME-PLGA NPs and PLGA 

131 

NPs, the droplets spread rapidly, with contact angles all below 90°, reflecting the wetting behavior 

132 

characteristic of hydrophilic surfaces. As shown in Figure 3, both ME-PLGA NPs and PLGA NPs 

133 

displayed contact angles < 90°, confirming their hydrophilic nature, whereas the raw APIs showed 

134 

signi

ficantly higher contact angles (θ > 90°), indicating strong hydrophobicity.

 

135 

These results demonstrate that the ME-PLGA encapsulation strategy can significantly improve 

136 

the surface properties of the original drug compounds, effectively enhancing their hydrophilicity 

137 

and solubility. 

138 

 

139 

3.

 

In  Vitro  Anti-mycobacterial  Activity  of  ME-PLGA-PBTZ169  and  ME-PLGA-BDQ 

140 

Nanoparticles 

141 

The  anti-tubercular  activity  of  ME-PLGA-PBTZ169  NPs  and  ME-PLGA-BDQ  NPs  was 

142 

evaluated using the microplate Alamar Blue assay (MABA) against 

Mycobacterium tuberculosis

143 

The minimum inhibitory concentrations (MICs) were determined for both nanoformulations and 

144 

their corresponding free drugs.

 

Free PBTZ169 and BDQ exhibited MIC values of 0.000625 

μg/mL 

145 

and 0.0625 

μg/mL, respectively.

 Drug-loaded PLGA NPs and ME-PLGA NPs showed comparable 

146 

MIC values to free drugs (

> 0.05), indicating no significant loss of antimicrobial potency after 

147 

nanoencapsulation.  Blank  PLGA  and  ME-PLGA  NPs  (10  mg/mL)  displayed  no  inherent 

148 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

antibacterial activity, confirming that the observed effects were drug-dependent. Notably, while 

149 

free  drugs  required  DMSO  for  solubilization,  the  nanoformulations  were  readily dispersible  in 

150 

0.9% saline, demonstrating significantly improved aqueous compatibility.

 

Notably, identical MIC 

151 

values were obtained for H37Ra compared to H37Rv across all tested samples (see Supplementary 

152 

Table S1), demonstrating equivalent susceptibility of both reference strains to the compounds and 

153 

nanoformulations.”

 

154 

 

155 

4.

 

In Vitro Cytotoxicity of ME-PLGA-PBTZ169 and ME-PLGA-BDQ Nanoparticles 

156 

The cytotoxicity evaluation was conducted on multiple cell lines, including J774A.1, HepG2, Vero, 

157 

Caco-2, and Hela,  revealed  that  both ME-PLGA-PBTZ169  nanoparticles  and ME-PLGA-BDQ 

158 

nanoparticles exhibited toxicity profiles comparable to their corresponding free drugs (PBTZ169 

159 

and BDQ, respectively). No statistically significant differences (

P

 > 0.05) in cell viability were 

160 

generally observed across all tested concentration ranges. Notably, the blank PLGA and ME-PLGA 

161 

nanoparticle carriers demonstrated excellent biocompatibility in all tested cell lines, maintaining 

162 

cell  viability  above  90%  even  at  the  extremely  high  concentration  of  10  mg/mL.  These 

163 

comprehensive  findings  collectively  indicate  that:  (1)  compared  to  free  drug  formulations,  the 

164 

nanoencapsulation  process  largely  did  not  introduce  additional  cytotoxic  effects;  (2)  the 

165 

nanoparticle delivery system itself possesses favorable in vitro safety characteristics; and (3) the 

166 

developed nanoformulations generally retained the favorable toxicity profiles of the original drugs 

167 

while offering the advantages of nanoparticle delivery.  

168 

 

169 

5.

 

In  Vitro  Release  Profiles  of  ME-PLGA  Nanoparticles  in  Simulated  Gastrointestinal 

170 

Media 

171 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

The present study systematically compared the sustained-release characteristics of three drug 

172 

delivery  systems,  demonstrating  that  ME-PLGA  NPs  exhibit  superior  sustained-release 

173 

performance,  significantly  outperforming  both  PLGA  NPs  and  free  drugs.  Analysis  of  release 

174 

behaviors under different pH conditions revealed that both PLGA NPs and ME-PLGA NPs showed 

175 

(Figure 5) higher release rates in simulated intestinal fluid compared to simulated gastric fluid, 

176 

while ME-PLGA NPs displayed more stable pH-independent release properties. This ME-PLGA 

177 

composite  system  not  only  maintains  high  stability  in  gastric  environments  but  also  achieves 

178 

optimized  release  kinetics  in  intestinal  conditions.  Its  unique  sustained-release  characteristics 

179 

effectively  prolong  the  duration  of  drug  action  and  reduce  the  dosing  frequency,  providing 

180 

significant  advantages  for  clinical  therapy.  Particularly  in  tuberculosis  treatment,  this  delivery 

181 

system  demonstrates  remarkable  clinical  application  value  by  maintaining  stable  plasma  drug 

182 

concentrations, reducing dosing frequency, and improving patient compliance. Building on these 

183 

findings,  we  further  evaluated  the  system's  pharmacodynamic  and  pharmacokinetic  profiles  in 

184 

tuberculosis animal models and clinical studies. These translational medical investigations will 

185 

provide crucial foundations for developing more effective tuberculosis treatment regimens. 

186 

 

187 

6.

 

Pharmacokinetic and Bioavailability Analysis of ME-Coated Formulations 

188 

The  pharmacokinetic  evaluation  demonstrated  that  the  nanoformulations,  particularly  the  milk 

189 

exosome-coated  PLGA  nanoparticles  (ME-PLGA-NPs),  significantly  enhanced  the  oral 

190 

bioavailability  and  altered  the  biodistribution  profiles  of  both  PBTZ169  and  BDQ.  Both  drugs 

191 

exhibited substantially increased systemic exposure after encapsulation, with notable elevations in 

192 

plasma AUC and C

max

 values compared to their free drug counterparts. The terminal half-life (

t

1/2

193 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

10 

was  prolonged  in  plasma  for  both  nanoformulations,  indicating  sustained  release 

194 

characteristics( Figure 6-7, Table S2-7). 

195 

Critically, the nanoformulations markedly altered the in vivo distribution behavior of the drugs, 

196 

leading  to  significantly  enhanced  accumulation  in  disease-relevant  tissues.  Pulmonary  drug 

197 

concentrations  were  substantially  elevated,  particularly  for  ME-PLGA-PBTZ169  NPs,  which 

198 

achieved an approximately 10-fold increase in AUC

0

–∞

 compared to the free drug. This substantial 

199 

enrichment in the lungs

the primary site of TB infection

holds significant therapeutic relevance. 

200 

Similarly,  drug  exposure  in  the  spleen  was  significantly  increased,  which  could  facilitate  the 

201 

eradication of latent bacterial reservoirs. The ME coating effectively moderated the excessively 

202 

prolonged pulmonary retention observed with PLGA-BDQ NPs (reducing

 t

1/2 

from 71.89 h to 33.77 

203 

h), potentially reducing toxicity risks associated with drug accumulation and suggesting possibly 

204 

improved biocompatibility and clearance profiles. 

205 

These results collectively demonstrate that the ME-PLGA nano-platform successfully enhances 

206 

drug solubility, achieves optimized drug release properties, and promotes favorable redistribution 

207 

of drugs to therapeutically important organs. This biodistribution-shifting effect offers a promising 

208 

and broadly applicable strategy for improving the therapeutic efficacy of anti-tuberculosis agents. 

209 

 

210 

7.

 

In  Vivo  Antimicrobial  Efficacy  of  ME-PLGA-PBTZ169  and  ME-PLGA-BDQ 

211 

Nanoparticles 

212 

After two weeks of treatment at equivalent drug doses, a comparative evaluation of antibacterial 

213 

activity  revealed significantly  enhanced  therapeutic  efficacy  for  both  nanoformulations  in  both 

214 

lung and spleen tissues. 

215 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

11 

In lung tissue (Figure 8-E), the ME-PLGA-PBTZ169 NPs group demonstrated a reduction in 

216 

bacterial load exceeding 1 log10 compared to the untreated group, performing markedly better 

217 

than both the free drug group (0.4 log10 reduction) and the exosome-free PLGA NPs group (0.6 

218 

log10 reduction). The ME-PLGA-BDQ NPs group exhibited even stronger antibacterial efficacy, 

219 

achieving a reduction exceeding 2.5 log10, which surpassed not only the free BDQ drug group (1 

220 

log10 reduction) but also the plain PLGA NPs group (1.8 log10 reduction). 

221 

In  spleen  tissue  (Figure  8-F),  the  ME-PLGA-PBTZ169  NPs  group  showed  a  0.85  log10 

222 

reduction  compared  to  the  untreated  group,  while  both  the  free  drug  and  PLGA  NPs  groups 

223 

demonstrated minimal therapeutic effects. The ME-PLGA-BDQ NPs group achieved a more than 

224 

2 log10 reduction, significantly outperforming both the free BDQ group (approximately 0.9 log10 

225 

reduction) and the plain PLGA NPs group (approximately 1.7 log10 reduction). 

226 

 This enhanced antibacterial activity correlates with our pharmacokinetic findings, where both 

227 

nanoformulations showed: (1) improved drug solubility in physiological conditions, (2) enhanced 

228 

intestinal  absorption,  and  (3)  significantly  increased  bioavailability.  Supporting  evidence  was 

229 

obtained through drug concentration measurements in blood and target organs (lungs and spleen) 

230 

at T

max

, demonstrating substantially higher drug accumulation in ME-PLGA NP-treated groups 

231 

(

P

<0.05).  Notably,  after  two  weeks  of  treatment,  both  blood  and  tissue  drug  concentrations 

232 

remained  significantly  elevated  in  nanoparticle-treated  groups  compared  to  free  drug 

233 

administration  (Figure  8-A-D),  confirming  the  sustained-release  characteristics  and  improved 

234 

biodistribution  profile  of  the  nanoformulations.  These  results  collectively  demonstrate  that  the 

235 

ME-PLGA platform not only enhances initial drug absorption but also maintains therapeutic drug 

236 

levels over extended periods, leading to superior in vivo antibacterial outcomes. 

237 

 

238 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

12 

8.

 

Effect of Formulation Modification on the Cardiotoxicity of BDQ in vivo 

239 

Tg(myl7:GFP) is a transgenic zebrafish line in which GFP is expressed in cardiomyocytes, and 

240 

it  was  used  to  evaluate  the  impact  of  formulation  modification  of  BDQ  on  its  inherent 

241 

cardiotoxicity. Zebrafish larvae were treated with BDQ, PLGA-BDQ NPs, and ME-PLGA-BDQ 

242 

NPs. Cardiac function, including stroke volume (SV), fractional shortening (%FS), cardiac output 

243 

(CO),  and  heart  rate  (HR),  was  monitored  through  video  recordings  and  images  of  zebrafish 

244 

embryonic hearts. 

245 

Figure 9 shows that PLGA-BDQ NPs exhibited a certain degree of cardioprotective effect, while 

246 

ME-PLGA-BDQ NPs demonstrated the optimal cardiac safety profile among all tested groups, 

247 

with heart rates and cardiac function parameters closest to those of the normal control group. In 

248 

contrast, free BDQ induced cardiac dysfunction, showing significantly reduced SV, %FS, CO, and 

249 

HR  compared  to  the  control  group.  Compared  to  the  free  BDQ  treatment,  the  formulation 

250 

modifications were able to mitigate the inherent cardiovascular  toxicity effects of BDQ in this 

251 

zebrafish model. 

252 

 

253 

Discussion 

254 

Mycobacterium  tuberculosis  (M.  tb),  a  recalcitrant  pathogen  latent  in  nearly a  quarter  of  the 

255 

global population, necessitates the urgent development of robust oral delivery systems for anti-

256 

tuberculosis  therapeutics

27

.  While  the  piperazine-containing  benzothiazinone  PBTZ169 

257 

(macozinone)  offers  significant  therapeutic  potential

28,29

and  bedaquiline  remains  pivotal  for 

258 

managing drug-resistant strains, the latter is increasingly compromised by resistance mechanisms 

259 

involving  Rv0678  mutations  and  subsequent  MmpS5L5  efflux  pump  overexpression

30

260 

Furthermore, despite their potent anti-TB efficacy, nitrobenzothiazinones (BTZs) such as BTZ043 

261 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

13 

and  PBTZ169  are  constrained  by  unfavorable  physicochemical  properties,  specifically  high 

262 

lipophilicity  and  limited  aqueous  solubility

31

.  Addressing  these  multifaceted  pharmacological 

263 

hurdles, this study presents a groundbreaking biomimetic platform that synergizes synthetic PLGA 

264 

nanoparticles with natural milk-derived exosomes (ME) to facilitate the co-delivery of PBTZ169 

265 

and bedaquiline. 

266 

MEs  represent  a  promising  vector  for  the  oral  delivery  of  protein  and  peptide  therapeutics, 

267 

primarily attributed to their exceptional ability to traverse epithelial barriers. However, their utility 

268 

is constrained by intrinsic drawbacks, including suboptimal drug loading efficiency, limited mucus 

269 

penetration, and vulnerability to membrane protein loss 

20

. In contrast, biodegradable microspheres 

270 

based on Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) are widely established in medical applications due 

271 

to their superior biocompatibility, low toxicity, and capacity to deliver a broad spectrum of drug 

272 

molecules  via  multiple  pathways 

32

.  To  synergize  these  complementary  attributes,  this  study 

273 

engineers a novel bioinspired drug delivery system that integrates PLGA microspheres with ME 

274 

carriers, thereby addressing the individual limitations of each component while enhancing overall 

275 

therapeutic efficacy. 

276 

Key  physicochemical  determinants  of  oral  drug  bioavailability  encompass  lipophilicity, 

277 

hydrophilicity,  and  gastrointestinal  barrier  permeability

33,34

.  Our  characterization  confirms  the 

278 

successful engineering of ME-PLGA hybrid nanoparticles optimized for oral delivery. Contact 

279 

angle assays (Figure 3) reveal that the ME coating substantially enhances the hydrophilicity of 

280 

both PBTZ169 and BDQ, effectively mitigating the inherent constraints of these highly lipophilic 

281 

agents  (ClogP  values:  5.06  and  6.37).  This  surface  modification  is  pivotal  for  gastrointestinal 

282 

absorption, corroborated by superior dissolution profiles in simulated intestinal fluid (Figure 5). 

283 

Notably,  the  ME-PLGA  system  exhibits  pH-independent  release  kinetics,  maintaining  gastric 

284 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

14 

stability while enabling controlled intestinal release

a capability absent in conventional PLGA 

285 

nanoparticles

35

. Mechanistic analysis indicates that ME-coated particles remain intact in gastric 

286 

fluids but facilitate enhanced drug release in intestinal environments. This behavior likely stems 

287 

from  the  exosomal  membrane  providing  physical  and  enzymatic  shielding  against  gastric 

288 

degradation  while  promoting  core  exposure  to  intestinal  factors  such  as  bile  salts,  lipases, 

289 

hydration, and endosomal acidification

36

39

. Collectively, these factors accelerate water ingress, 

290 

PLGA hydrolysis (including autocatalysis), and drug solubilization, thereby minimizing gastric 

291 

loss and maximizing intestinal release compared to uncoated PLGA or free lipophilic drugs

40

42

292 

Pharmacokinetic evaluations highlight  distinct advantages of this  platform.  While prior studies 

293 

established synergistic efficacy between PBTZ169 and bedaquiline

4

, our most significant finding 

294 

is  that  ME-PLGA  nanoparticles  increased  the  relative  bioavailability  of  both  drugs  by  at  least 

295 

twofold compared to free administration (Table S2-7), further amplifying therapeutic outcomes. 

296 

This enhancement arises from three synergistic mechanisms: (1) exosomal membrane components 

297 

facilitating mucosal penetration via intrinsic biological trafficking; (2) the PLGA core protecting 

298 

against  gastric  degradation;  and  (3)  the  nanoformulation  dramatically  improving  aqueous 

299 

dispersibility  of  these  hydrophobic  compounds.  Extended  half-lives  (t

1/2

)  confirm  the  system

300 

sustained-release  capacity.  These  results  align  with  established  strategies  employing  PLGA 

301 

nanoparticles  to  boost  oral  bioavailability  of  hydrophobic  drugs;  for  instance,  previous  work 

302 

demonstrated  a  ~4.9-fold  increase  in  ergosterol  bioavailability  attributed  to  protective  and 

303 

solubilizing effects

43

. Our study further validates nanoencapsulation as an effective strategy for 

304 

delivering poorly soluble therapeutics. 

305 

From  a  translational  standpoint,  milk-derived  exosomes  (MEs)  offer  distinct  advantages  in 

306 

scalability  and  cost-efficiency.  Industrial-scale  manufacturing  substantially  curtails  expenses, 

307 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

15 

positioning MEs favorably against human- or stem cell-derived counterparts regarding production 

308 

scalability, industrialization barriers, and commercialization timelines 

44,45

. These benefits stem 

309 

from three primary factors: first, the abundance and low cost of raw materials, as milk

a product 

310 

of large-scale agriculture

ensures stable supply at fractions of the cost associated with complex 

311 

human cell cultures; second, highly optimized production workflows, where industrial techniques 

312 

like  tangential  flow  filtration  (TFF)  and  size-exclusion  chromatography  facilitate  continuous, 

313 

automated processing of vast volumes (tens to hundreds of liters), drastically reducing extraction 

314 

time  and  labor  resources;  and  third,  significant  economies  of  scale,  wherein  unit  costs  decline 

315 

progressively as production volume expands. 

316 

Consequently, pending successful clinical safety validation, the deployment of the ME

PLGA

317 

BDQ/PBTZ169  nanoformulation  will  necessitate  a  multi-stakeholder  collaborative  framework. 

318 

International procurement entities (e.g., the Global Fund) and pharmaceutical manufacturers must 

319 

secure  accessibility  in  low-  and  middle-income  countries  via  tiered  pricing  structures. 

320 

Concurrently,  promoting  voluntary  licensing  and  technology  transfer  will  enable  regionalized 

321 

production to guarantee long-term supply continuity. Initially positioned as an optimized regimen 

322 

for drug-resistant tuberculosis, this formulation could be integrated into national strategic reserves. 

323 

Thus, realizing equitable patient access demands that international organizations, industry partners, 

324 

governments,  and  public  health  institutions  collectively  establish  a  sustainable  translational 

325 

pathway. 

326 

In pharmacodynamic assessments, ME-PLGA nanoparticles elicited a substantial bacterial load 

327 

reduction of 0.85

2.5 log units relative to free drugs (Figure 8), markedly surpassing the efficacy 

328 

of  uncoated  PLGA  counterparts.  This  enhanced  therapeutic  performance  exhibits  a  strong 

329 

correlation with observed pharmacokinetic advancements, notably a 3- to 5-fold elevation in drug 

330 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

16 

accumulation  within  lung  tissue,  the  primary  site  of  tuberculosis  infection.  Parallel  trends  in 

331 

splenic drug concentrations further indicate superior systemic distribution capabilities. 

332 

Several key aspects of our findings warrant emphasis. First, consistent with prior reports

46,47

, the 

333 

nanoencapsulation  process  preserved  the  intrinsic  antimicrobial  potency  of  both  drugs,  as 

334 

evidenced by unchanged minimum inhibitory concentration (MIC) values (Table 3). Second, the 

335 

platform demonstrated excellent biocompatibility, confirming its suitability as an oral nanocarrier. 

336 

Furthermore,  milk-derived  exosome  (ME)  components  not  only  enhanced  natural  drug 

337 

accumulation in target organs but also improved the stability of lyophilized formulations during 

338 

storage, underscoring their substantial translational value.Notably, this delivery platform achieved 

339 

over threefold higher drug concentrations in target organs at equivalent doses compared to free 

340 

drugs, a feature that may help  mitigate dose-limiting toxicities.  The potential to  reduce  dosing 

341 

frequency while maintaining therapeutic levels could significantly improve patient adherence to 

342 

tuberculosis  treatment  regimens.  Economically,  for  established  agents  like  bedaquiline,  this 

343 

bioavailability-enhancing approach offers the prospect of superior therapeutic outcomes at reduced 

344 

overall  treatment  costs,  thereby alleviating  the  financial  burden  on  patients  who  currently  face 

345 

expensive  regimens.  Moreover,  compared  to  mammalian  cell-derived  exosomes,  MEs  offer 

346 

distinct advantages in scalable production. As an abundant and accessible source, milk endows 

347 

this platform with unique properties that extend its potential applications beyond tuberculosis to 

348 

include gastrointestinal disorders, skin ulcers, and cancer therapeutics

48

349 

 

350 

In conclusion, the ME-PLGA hybrid delivery platform represents a potential paradigm shift in 

351 

tuberculosis  (TB)  therapeutics,  successfully  synergizing  pharmaceutical  nanotechnology  with 

352 

biological  vector  engineering.  By  simultaneously  overcoming  critical  barriers

specifically 

353 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

17 

solubility limitations (evidenced by a ~60% reduction in solid-liquid contact angle), bioavailability 

354 

challenges (demonstrated by a 3- to 10-fold increase in target organ accumulation), and toxicity 

355 

concerns

this platform paves the way for developing patient-friendly, highly efficient oral anti-

356 

TB regimens. Moreover, the versatility of this approach suggests broad applicability beyond TB, 

357 

offering a promising strategy for treating other infectious diseases. 

358 

 

359 

Limitations of the study

 

 

360 

While  this  study  demonstrates  promising  improvements  in  drug  delivery  efficiency,  several 

361 

limitations warrant careful consideration. First, although preliminary assessments using a zebrafish 

362 

model indicated that ME-PLGA-BDQ nanoparticles exhibited the most favorable cardiac safety 

363 

profile among tested groups

with heart rate and function parameters closely mirroring normal 

364 

controls

and that uncoated PLGA-BDQ also showed some cardioprotective effects (Figure 9), 

365 

these findings remain preliminary. The current evaluation lacks a systematic toxicity analysis of 

366 

the  modified  compounds,  particularly  regarding  long-term  safety  validation  in  advanced 

367 

mammalian models. While these results suggest the delivery system may mitigate bedaquiline

368 

(BDQ) inherent cardiovascular toxicity by altering release kinetics or biodistribution, definitive 

369 

confirmation is pending. Furthermore, the precise mechanisms governing intestinal absorption and 

370 

tissue targeting require further elucidation. Although the high lipophilicity of both drugs suggests 

371 

passive  diffusion  as  a  primary  transport  pathway,  structural  modifications  within  our  delivery 

372 

system may also facilitate receptor-mediated transport processes. To address these gaps, future 

373 

research  should  prioritize:  (1)  Systematic  Toxicity  Assessment:  Comprehensive  evaluation  in 

374 

mammalian  models  to  assess  potential  reductions  in  hepatotoxicity,  nephrotoxicity,  and 

375 

cardiotoxicity.  (2)  Mechanistic  Studies:  Clarification  of  absorption  pathways  linked  to 

376 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

18 

physicochemical  properties  and  the  specific  mechanisms  underlying  the  observed  reduction  in 

377 

cardiotoxicity. (3) Therapeutic Index Validation: Confirmation of efficacy and safety profiles in 

378 

multidrug-resistant tuberculosis (MDR-TB) models to support clinical translation. Crucially, given 

379 

the  well-documented  correlation  between  BDQ

s  cardiotoxicity  and  its  high  lipophilicity,  it 

380 

remains to be confirmed whether our delivery system effectively mitigates these adverse effects 

381 

through  controlled  release  or  altered  biodistribution  using  comprehensive  in  vivo  safety  data. 

382 

Consequently, during the subsequent preclinical development phase supporting an Investigational 

383 

New Drug (IND) application, it is imperative to conduct systematic pharmacokinetic-toxicokinetic 

384 

assessments

including detection of the M2 metabolite

in higher-order mammalian models (e.g., 

385 

canines or non-human primates) to fully elucidate the safety profile. 

386 

 

387 

RESOURCE AVAILABILITY 

388 

The data that support the findings of this study are available from the corresponding author upon 

389 

reasonable request. 

390 

Lead Contact

: Further information and requests for resources and reagents should be directed 

391 

to and will be fulfilled by the Lead Contact, Yu Lu (luyu4876@hotmail.com). 

392 

Materials Availability

:

 

This study did not generate new unique reagents. 

393 

Data and Code Availability

:

 

Data (Data reported in this paper will be shared by the lead contact 

394 

upon request), Code (This paper does not report original code) and other items (Any additional 

395 

information required to reanalyse the data reported in this paper are available from the lead contact 

396 

upon request). 

397 

 

398 

Author contributions

  

399 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

19 

Authors

400 

Eryue  Liu  (yueer1015087099@163.com

  )-  Beijing  Key  Laboratory  of  Drug  Resistance 

401 

Tuberculosis Research, Beijing Chest Hospital, Capital Medical University, Beijing Tuberculosis 

402 

and Thoracic Tumor Research Institute, Beijing 101149 

403 

Chennan Liu

- Beijing Key Laboratory of Drug Resistance Tuberculosis Research, Beijing Chest 

404 

Hospital,  Capital  Medical  University,  Beijing  Tuberculosis  and  Thoracic  Tumor  Research 

405 

Institute, Beijing 101149 

406 

Yangxue Ye

- Beijing Key Laboratory of Drug Resistance Tuberculosis Research, Beijing Chest 

407 

Hospital,  Capital  Medical  University,  Beijing  Tuberculosis  and  Thoracic  Tumor  Research 

408 

Institute, Beijing 101149 

409 

Zimo Wang

- Beijing Key Laboratory of Drug Resistance Tuberculosis Research, Beijing Chest 

410 

Hospital,  Capital  Medical  University,  Beijing  Tuberculosis  and  Thoracic  Tumor  Research 

411 

Institute, Beijing 101149 

412 

Weiyan Zhang

- Beijing Key Laboratory of Drug Resistance Tuberculosis Research, Beijing Chest 

413 

Hospital,  Capital  Medical  University,  Beijing  Tuberculosis  and  Thoracic  Tumor  Research 

414 

Institute, Beijing 101149 

415 

Lei  Fu

-  Beijing  Key  Laboratory  of  Drug  Resistance  Tuberculosis  Research,  Beijing  Chest 

416 

Hospital,  Capital  Medical  University,  Beijing  Tuberculosis  and  Thoracic  Tumor  Research 

417 

Institute, Beijing 101149 

418 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

20 

Bin  Wang

-  Beijing  Key  Laboratory  of  Drug  Resistance  Tuberculosis  Research,  Beijing  Chest 

419 

Hospital,  Capital  Medical  University,  Beijing  Tuberculosis  and  Thoracic  Tumor  Research 

420 

Institute, Beijing 101149 

421 

Yujin Wang

- Beijing Key Laboratory of Drug Resistance Tuberculosis Research, Beijing Chest 

422 

Hospital,  Capital  Medical  University,  Beijing  Tuberculosis  and  Thoracic  Tumor  Research 

423 

Institute, Beijing 101149 

424 

Yu  Lu*  (Email:  luyu4876@hotmail.com

)  -  Beijing  Key  Laboratory  of  Drug  Resistance 

425 

Tuberculosis Research, Beijing Chest Hospital, Capital Medical University, Beijing Tuberculosis 

426 

and Thoracic Tumor Research Institute, Beijing 101149 

427 

CRediT authorship contribution statement 

428 

Eryue Liu: Writing 

 review & editing, Writing 

 original draft, Methodology, Investigation, 

429 

Software, Data curation, Conceptualization, Formal analysis 

430 

Chennan Liu: Methodology, Investigation 

431 

Yangxue Ye: Investigation 

432 

Zimo Wang: Investigation 

433 

Weiyan Zhang: Investigation 

434 

Lei Fu: Validation, Supervision 

435 

Bin Wang: Investigation, Project administration 

436 

Yujin Wang: Validation, Supervision 

437 

Yu Lu: Writing 

 review & editing, Funding acquisition, Formal analysis 

438 

 

439 

Acknowledgment 

440 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

21 

The authors acknowledge the following sources of support for this work:  

441 

Technical Assistance

:  We thank  Apeng  Wang  from the  Institute  of Biotechnology, Chinese 

442 

Academy of Medical Sciences, for providing the rotary evaporator for sample preparation. 

443 

Advice and Feedback

: We are deeply grateful to Wenjing Liu for her expert insights on sample 

444 

synthesis.  

445 

These contributions do not constitute a competing interest.  Funding Sources

: This work was 

446 

supported  by  the  National  Natural  Science  Foundation  of    China  (82173862)  and  the  Beijing 

447 

Municipal Administration of Hospitals’ Ascent Plan (DFL20221402). 

 

448 

 

449 

Declaration of interests 

450 

The authors declare no competing financial interest. 

451 

 

452 

ABBREVIATIONS 

453 

TB: Tuberculosis; PBTZ169, MCZ: macozinone; BDQ: bedaquiline; MEs: milk exosomes; PLGA: 

454 

Poly  lactic-co-glycolic  acid;  M.  tb:  Mycobacterium  tuberculosis;  WHO:  World  Health 

455 

Organization;  MIC:  minimum  inhibitory  concentration;  EVs:  Extracellular  vesicles;  DMEM: 

456 

Dulbecco's  Modified  Eagle  Medium;  FBS:  fetal  bovine  serum;  CCK-8:  Cell  Counting  Kit-8; 

457 

EDTA: Ethylene Diamine Tetraacetic Acid; NPs: nanoparticles; PVA: polyvinyl alcohol; DLS: 

458 

dynamic light scattering; SGF: simulated gastric; SIF: intestinal fluid; MABA: microplate alamar 

459 

blue  assay;  TEM: Transmission  electron microscopy; PDI: polydispersity index; WB:  Western 

460 

Blot; BTZs: Nitrobenzothiazinones; 

461 

 

462 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

22 

 

463 

STAR

Methods  

464 

 

465 

Animals and Ethics Statement

: Female BALB/c mice (6-8 weeks old, specific pathogen-free) 

466 

were purchased from Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. The animal 

467 

study  protocol  was  reviewed  and  approved  by  the  Animal  Ethics  Committee  of  Beijing  Chest 

468 

Hospital, Capital Medical University (Approval No. XK2024-206, 2024). All experiments were 

469 

conducted in strict accordance with the NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, 

470 

and every effort was made to minimize animal suffering and the number of animals used. The 

471 

study is reported in accordance with the ARRIVE guidelines. 

472 

 

473 

EXPERIMENTAL MODEL AND STUDY PARTICIPANT DETAILS 

474 

Bacterial  Strains:  Mycobacterium  tuberculosis  H37Rv  (ATCC  27294)  and  H37Ra  (ATCC 

475 

25177)  were  used  for  in  vitro  antimicrobial  susceptibility  testing.  Bacteria  were  cultured  in 

476 

Middlebrook 7H9 broth (supplemented with 10% OADC and 0.05% Tween 80) or on 7H10 agar 

477 

plates. 

478 

Cell  Lines:  The  following  mammalian  cell  lines  were  used  for  cytotoxicity  studies:  HepG2 

479 

(human  liver  carcinoma),  Vero  (African  green  monkey  kidney  epithelial),  Caco-2  (human 

480 

colorectal  adenocarcinoma),  HeLa  (human  cervical  adenocarcinoma),  and  J774A.1  (murine 

481 

macrophage). Cells were cultured in DMEM supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) at 

482 

37°C  in  a  5%  CO₂  atmosphere.  Cell  lines  were  obtained 

from  commercial  sources  and 

483 

authenticated by the suppliers. 

484 

Animal Models: 

485 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

23 

BALB/c Mice: 72 SPF-grade female BALB/c mice, aged 6

8 weeks and weighing 18

20 g, 

486 

were purchased from Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. for the in vivo 

487 

pharmacodynamic  evaluation  of  different  formulations  of  PBTZ169  and  BDQ.  The  mice  were 

488 

housed in an air-conditioned room designed for infected animal models, with six animals per cage. 

489 

The temperature was maintained at 21 

±

 2

°

C, humidity was kept at 55% 

±

 15%, and a 12-hour 

490 

light/dark cycle was implemented. The animals had free access to sterilized feed and filtered water. 

491 

Before the experiment, the mice were allowed to acclimatize for 5 days. 

492 

An infection model was established by injecting a suspension of 

Mycobacterium tuberculosis

 

493 

H37Ra into the tail vein. Cultures in the logarithmic growth phase (OD600 value of 1.00

1.20) 

494 

were diluted with sterile saline to an OD600 of 0.1 prior to inoculation, achieving a bacterial load 

495 

of 4.0

5.0 log10 CFU in the lungs. 

496 

Treatment began 2 weeks post-infection and lasted for 2 weeks (5 days per week). The mice 

497 

were  randomly  divided  into  the  following  groups,  with  9  mice  per  group:  (1)  Active 

498 

Pharmaceutical  Ingredient  (API)  group  (PBTZ169/BDQ  suspended  in  0.5%  sodium 

499 

carboxymethyl cellulose solution), (2) PLGA NPs group (PLGA-PBTZ169 NPs/PLGA-BDQ NPs 

500 

dispersed in saline solution), (3) ME-PLGA NPs group (ME-PLGA-PBTZ169 NPs/ME-PLGA-

501 

BDQ NPs dispersed in saline solution), (4) Vehicle control group (0.5% sodium carboxymethyl 

502 

cellulose  solution  and  saline  group),  and  (5)  Untreated  control  group.  The  dose  for  all  active 

503 

treatment groups was 10 mg/kg (based on the mass of the active ingredient), with an equivalent 

504 

dose defined as equal mass administration of the active pharmaceutical ingredient across different 

505 

formulations. 

506 

6 mice from each group were euthanized on day 1 post-infection (baseline), on the day treatment 

507 

began (day 0), and on the last day of treatment (day 14). Lung and spleen tissues were collected. 

508 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

24 

After  homogenization,  tissue  samples  were  plated  onto  7H10  solid  medium  containing  0.4% 

509 

charcoal and incubated at 37°C with 5% CO₂ for 4 weeks for colony counting. The remaining three 

510 

mice  in  each  group  were  used  for  pharmacokinetic  analysis.  Lung  and  spleen  samples  were 

511 

collected at the peak drug concentration time point on day 14 to measure drug concentrations. 

512 

Zebrafish:  Adult  Tg(myl7:GFP)  zebrafish  (CZRC  ID:  CZ56)  were  obtained  from  the  China 

513 

Zebrafish Resource Center and maintained under standard conditions (28

°

C, 14-hour light/10-

514 

hour dark cycle). Embryos were generated by natural crossing and cultured in E3 medium with 0.2 

515 

mM N-phenylthiourea (PTU) added from 1 day post-fertilization (dpf) to inhibit pigmentation. 

516 

Larvae of mixed sexes were used for cardiotoxicity assessment at 2 dpf. 

517 

The animal study protocol was reviewed and approved by the Animal Ethics Committee of 

518 

Beijing Chest Hospital, Capital Medical University (Approval No. XK2024-206, 2024). All 

519 

experiments were conducted in strict accordance with the NIH Guide for the Care and Use of 

520 

Laboratory Animals, and every effort was made to minimize animal suffering and the number of 

521 

animals used. The study is reported in accordance with the ARRIVE guidelines. 

522 

 

523 

Method DETAILS

 

524 

1.

 

Isolation of MEs 

525 

The classical differential centrifugation (ultracentrifugation) method was used to extract MEs 

26

526 

To remove somatic cells and debris, pasteurized bovine skim milk was centrifuged for 30 min at 

527 

4 °C at 4000 ×g, followed by 13,000 ×g for 30 min. To precipitate milk casein, the supernatant 

528 

was mixed with 0.5 M Ethylene Diamine Tetraacetic Acid (EDTA) solution (3:1, v/v) and stirred 

529 

on  ice  for  30  min.  Subsequently,  the  suspension  underwent  ultracentrifugation  at  a  speed  of 

530 

100,000 ×g (Optima TM L-100 XP, Beckman, USA) for 60 min, precipitating microvesicles and 

531 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

25 

residual proteins. In the end, pellets of exosomes were obtained after centrifuging at 140,000 ×g 

532 

for 90 min. The bicinchoninic acid (BCA) assay kit (Beyotime, P0010) was used to determine the 

533 

exosome pellets' total protein concentration after being resuspended in 10 mM phosphate-buffered 

534 

saline (PBS, pH 7.4). 20 μL of each sample or protein standard was mixed with 200 μL of BCA 

535 

working solution 

(reagent A: regent B=50: 1, v/v) 

in a 96-well plate. After incubation at 37 °C for 

536 

30  min,  the  absorbance  was  measured  at  562  nm  using  a  microplate  reader.  Sample  protein 

537 

concentrations were calculated based on the standard curve. Any ME samples with a total protein 

538 

concentration below 5 mg/mL were stored at −80 °C until needed

539 

2.

 

Fabrication  of  PLGA-PBTZ169/BDQ  Nanoparticles  and  Preparation  of  ME-Coated 

540 

Nanoparticles 

541 

PBTZ169/BDQ-loaded PLGA nanoparticles (PLGA-PBTZ169/BDQ NPs) were prepared using 

542 

the oil/water (O/W) single-emulsion solvent evaporation method. 10 mg of PBTZ169/BDQ and 

543 

100 mg of poly(D,l-lactide-

co

-glycolide)(50:50)-b-poly(ethylene glycol) (PLGA; Sigma-Aldrich, 

544 

USA) were dissolved in 10 mL of dichloromethane (DCM; Sigma-Aldrich, USA). The PLGA-

545 

PBTZ169/BDQ NPs mixture was then added to 50 mL of 5 % polyvinyl alcohol (PVA) solution 

546 

(Sigma-Aldrich, USA) in distilled water, which served as the surfactant. The solution was then 

547 

subjected to ultrasonication (SONICS, USA) at 40 W and 4 °C for 5 min 30 s, followed by solvent 

548 

evaporation using a rotary evaporator at 25 °C. The PLGA-PBTZ169/BDQ NPs were collected by 

549 

ultracentrifugation  (Beckman  Coulter  Optima  L-90 K)  at  8000  ×

for  30 min.  The  pellets 

550 

containing  PLGA-PBTZ169/BDQ  NPs  were  washed  three  times  with  distilled  water.  After 

551 

lyophilization,  the  PLGA-PBTZ169/BDQ  NPs  were  stored  at  4°C  until  further  use.  The 

552 

encapsulation  efficiency  (EE)  and  drug  loading  (DL)  of  PLGA-PBTZ169/BDQ  NPs  were 

553 

quantified by UV-Vis spectrophotometry. 

554 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

26 

The DL and EE of PLGA-PBTZ169/BDQ NPs can be calculated using the following formulas: 

555 

𝐷𝐿(%) =

𝑊

Drug

𝑊

All

× 100%

 

556 

𝐸𝐸(%) =

𝑊

Drug

𝑊

Total

× 100%

 

557 

Where 

𝑊

All

 represents the combined mass of the carrier and the drug, 

𝑊

Total

 

refers to the total 

558 

amount of drug initially added in the experiment. 

559 

The milk-exosome was mixed with the PLGA core for cell membrane coating at a polymer-to-

560 

membrane protein weight ratio of 1:1. The mixture was then sonicated with a bath sonicator (Fisher 

561 

Scientific FS30D) for 3 min. After that, excess MEs were removed by centrifugation at 12,000 ×

g

 

562 

for 30 min. The pellets containing ME-PLGA-PBTZ169/BDQ NPs were washed three times with 

563 

distilled water, lyophilized, and stored at −

80°C until further use.

 

To evaluate storage stability, the 

564 

nanoparticles were preserved at −80 °C for 1 month, a

nd their particle size and zeta potential were 

565 

measured on the first day and the thirtieth day. 

566 

3.

 

Physicochemical Characterization of Nanoparticles  

567 

The size (diameter, nm) and surface zeta potential (mV) of the nanoparticles were measured by 

568 

using dynamic light scattering (DLS, NanoBrook 90plus PALS). For studying morphology, the 

569 

nanoparticle  samples  were  adsorbed  onto  carbon-coated  copper  grids  (400  mesh,  Electron 

570 

Microscopy Sciences) and stained with 0.2 wt% uranyl acetate (Electron Microscopy Sciences). 

571 

The grids were imaged on a Hitachi HT-7800 transmission electron microscope. We performed 

572 

Western blot analysis to verify the integrity of isolated ME and their successful encapsulation in 

573 

PLGA  nanoparticles  (ME-PLGA-PBTZ169  NPs  and  ME-PLGA-BDQ  NPs).  Samples  were 

574 

prepared using RIPA lysis buffer containing protease inhibitors. β

-actin serves as a loading control. 

575 

The  primary  antibodies  used  in  this  study  include  anti-CD63  (abs123229,  absin),  anti-CD81 

576 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

27 

(abs126599, absin), anti-TSG101 (ba-1365R, bioss). Secondary antibodies used in Western blot 

577 

analysis include goat anti-rabbit IgG-HRP (S0001, Affinity) and goat anti-mouse IgG-HRP (S0002, 

578 

Affinity).  

579 

4.

 

Measurement of Surface Static Water Contact Angle

  

580 

The wettability characteristics of the test samples were evaluated through static contact angle 

581 

measurements  using  a  standard  sessile  drop  technique  (Model  JY-82C,  Chengde  Dingsheng 

582 

Testing Equipment). Measurements were conducted under ambient laboratory conditions (25 ± 

583 

1 °C) for: Pure drug compounds (PBTZ169 / BDQ), PLGA-PBTZ169 / PLGA-BDQ NPs, ME-

584 

PLGA-PBTZ169 / ME-PLGA-BDQ NPs. Three replicate measurements were obtained for each 

585 

sample,  with  results  expressed  as  mean  ±  standard  deviation.  Before  testing,  all  samples  were 

586 

equilibrated under measurement conditions for 30 min to ensure thermal stability. 

587 

5.

 

In Vitro Release Kinetics of Drug Formulations in Simulated Gastrointestinal Media 

588 

The release profiles of PBTZ169/BDQ in three formulations (free drug, PLGA nanoparticles, 

589 

and  ME-PLGA  nanoparticles)  were  assessed  in  simulated  gastric  fluid  (SGF: 

pH=1.2

)  and 

590 

simulated intestinal fluid (SIF: pH=6.8). For each formulation, 5 mg samples were suspended in 5 

591 

mL of either SGF or SIF, followed by incubation at 37 °C with continuous agitation (100 rpm) for 

592 

36 h. Aliquots were collected at 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24, and 36 h, and drug concentrations were 

593 

determined by UV-

vis spectroscopy at λ

max

 values of 346 nm for PBTZ169 and 333 nm for BDQ, 

594 

respectively.  

595 

6.

 

Assessment of In Vitro Antibacterial Activity of Drug-Loaded Formulations 

596 

The  antibacterial  activity  of  different  drug  formulations  was  evaluated  by  determining  their 

597 

minimum inhibitory concentrations (MICs) against the H37Rv and H37Ra reference strain using 

598 

the Microplate Alamar Blue Assay (MABA). Five experimental groups were included: (1) free 

599 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

28 

PBTZ169/BDQ, (2) PLGA-PBTZ169/BDQ NPs, (3) ME-PLGA-PBTZ169/BDQ NPs, (4) PLGA-

600 

NPs, and (5) ME group. 

601 

The assay was performed using two-fold serial dilutions of each formulation in 96-well plates. 

602 

Each well received 100 μL of bacterial

 suspension (2×10

5

 CFU/mL) in Middlebrook 7H9 broth, 

603 

bringing the total volume to 200 μL. Following incubation at 37

 

°C for 7 days, 12.5 μL of 20% 

604 

Tween 80 and 20 μL of alamarBlue reagent were added to each well.

 After an additional 24 h 

605 

incubation, fluorescence was measured (excitation 530 nm/emission 590 nm) using a microplate 

606 

reader. The MIC was defined as the lowest drug concentration that inhibited 

 

90% of bacterial 

607 

growth compared to drug-free controls, with 

M. tuberculosis

 H37Rv and H37Ra serving as the 

608 

drug-susceptible control strain. 

609 

7.

 

Evaluation of In Vitro Cytotoxicity 

610 

Cytotoxicity  assessment  of  drug-loaded  nanoparticle  formulations  (PBTZ169/BDQ,  PLGA-

611 

PBTZ169/BDQ  NPs,  and  ME-PLGA-PBTZ169/BDQ  NPs)  and  two  blank  carrier  materials 

612 

(PLGA-NPs and ME-PLGA-NPs) performed in HepG2, Vero, Caco-2, HeLa, and J774A.1 cells 

613 

using the CCK-8 assay. Cells were plated in 96-well plates at a density of 10,000 cells per well 

614 

and allowed to adhere during a 24 h incubation period in DMEM at 37 °C. After the initial culture, 

615 

the growth medium was replaced with fresh medium containing the test formulations at specified 

616 

concentrations: blank carrier materials (10 mg/mL) or drug-loaded nanoparticle formulations (drug 

617 

concentration  gradient:  8,  16,  32,  64,  128  μg/mL). 

Cells  were  then  incubated  with  these 

618 

formulations  for  48  hours.  After  the  48-hour  treatment  period,  the  medium  in  each  well  was 

619 

carefully aspirated and replaced with 100 

μ

L of fresh medium containing 10% CCK-8 reagent. 

620 

Wells containing medium plus CCK-8 reagent without cells served as blank controls, and wells 

621 

with  cells in  medium  without any treatment  served as  cell-only  controls (100% viability). The 

622 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

29 

absorbance of each well was measured at 450 nm using a microplate reader. Cell viability was 

623 

calculated as a percentage relative to the cell-only control group using the following formula:Cell 

624 

Viability (%) = [(OD

sample

 -OD

blank

)/(OD

control

-OD

blank

)] *100%   

625 

OD

sample 

represents  the  OD

450

  value  of  wells  containing  cells  treated  with  either  drug-loaded 

626 

formulations or blank carrier materials.  OD

blank

 represents the OD

450

 values of wells containing 

627 

culture  medium  only  (blank  control).  OD

control

  represents  the  OD

450

  value  of  wells  containing 

628 

untreated cells (negative control). 

629 

8.

 

Investigation  of  Pharmacokinetics  and  Bioavailability  of  PBTZ169  Formulations  in 

630 

BALB/c Mice 

631 

All experimental procedures involving animals were approved by the Beijing Chest Hospital, 

632 

affiliated with Capital Medical University Committee on Animal Use and Care. All Mice (BALB/c, 

633 

female,  6-8  weeks,  18-20g)  were  obtained  from  Beijing  Vital  River  Laboratory  Animal 

634 

Technology Co., Ltd. Mice were randomly assigned to each group.

 The pharmacokinetic profile 

635 

and relative bioavailability of different PBTZ169 formulations were evaluated following single-

636 

dose administration in BALB/c mice (n = 3 per group) after 12 hours of fasting. Three formulations 

637 

- free PBTZ169 (suspended in 0.5% carboxymethyl cellulose), PLGA-PBTZ169 nanoparticles (in 

638 

normal  saline),  and  ME-PLGA-PBTZ169  (in  normal  saline)  -  were  administered  orally  at  10 

639 

mg/kg PBTZ169. Blood and tissue samples were collected at 0.25, 0.5, 1, 3, 8, and 24 h post-

640 

dosing.  Blood  samples  were  centrifuged  within  1  h  of  collection  to  obtain  plasma,  which  was 

641 

subsequently  stored  at  -80°C.  Tissue  samples  (lung  and  spleen)  were  homogenized  in  ice-cold 

642 

methanol, followed by protein precipitation with acetonitrile containing an internal standard. 

643 

The concentrations of PBTZ169 in plasma and tissue homogenates were quantified using liquid 

644 

chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Pharmacokinetic parameters (AUC

0-inf

645 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

30 

T

1/2

,  C

max

,  T

max

)  were  derived  using  the  non-compartmental  analysis  module  of  WinNonlin® 

646 

(v6.2.1), with relative bioavailability determined through AUC comparisons across formulations. 

647 

This comprehensive analysis demonstrated distinct pharmacokinetic behaviors and bioavailability 

648 

characteristics among the different PBTZ169 delivery systems. 

649 

9.

 

Investigation of Pharmacokinetics and Bioavailability of BDQ Formulations in BALB/c 

650 

Mice 

651 

The pharmacokinetic profile and relative bioavailability of different  BDQ  formulations  were 

652 

evaluated following single-dose administration in BALB/c mice (n=3 per group) after 12 hours of 

653 

fasting. 

Mice  were  purchased  and  randomly  assigned  to  each  group.

  Three  formulations  -  free 

654 

BDQ (suspended in 0.5% carboxymethyl cellulose), PLGA-BDQ nanoparticles (in normal saline), 

655 

and ME-PLGA-BDQ (in normal saline) - were administered orally at 10 mg/kg BDQ. Blood and 

656 

tissue samples collected at 1, 3, 8, 24, 48, and 72 h post-dosing were processed to obtain plasma 

657 

(centrifuged  within  1  h  and  stored  at  -80°C)  and  tissue  homogenates  (lung/spleen  in  ice-cold 

658 

methanol, precipitated with acetonitrile containing internal standard). The concentrations of BDQ 

659 

in plasma and tissue homogenates were quantified using LC-MS/MS.  Pharmacokinetic parameters 

660 

(AUC

0-inf

,  T

1/2

,  C

max

,  T

max

)  were  derived  using  the  non-compartmental  analysis  module  of 

661 

WinNonlin® (v6.2.1), with relative bioavailability determined through AUC comparisons across 

662 

formulations. This comprehensive analysis demonstrated distinct pharmacokinetic behaviors and 

663 

bioavailability characteristics among the different BDQ delivery systems. 

664 

10.

 

Pharmacodynamic Studies 

665 

Mice were purchased and acclimatized in a Biosafety Level 2 (BSL-2) facility. 

A total of 100 

666 

female BALB/c mice (6-8 weeks, 18

20g)  were intravenously  inoculated with 

Mycobacterium 

667 

tuberculosis 

H37Ra  via  the  tail  vein  to  establish  an  infection  model.  To  achieve  a  pulmonary 

668 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

31 

bacterial load of 4.0

5.0 log

10

 CFU,  mid-log phase cultures (OD

600

 1.00

1.20) were diluted to 

669 

OD

600

  of  0.1  in  sterile  saline  prior  to  administration.  Following  a  2-week  infection  period, 

670 

treatment  was  initiated  and  maintained  for  2  weeks  (5  days/week)  with  the  following  groups 

671 

(n=9/group,  mice  were  randomly  assigned):  (1)  API  group  (PBTZ169/BDQ  in  0.5%  CMC 

672 

solution), (2) PLGA NPs group (PLGA-PBTZ169 NPs/PLGA-BDQ NPs in normal saline), (3) 

673 

ME-PLGA  NPs  group  (ME-PLGA-PBTZ169  NPs/ME-PLGA-BDQ  NPs  in  normal  saline),  (4) 

674 

Vehicle  controls  (0.5%  CMC  and  normal  saline  groups),  and  (5)  Untreated  control  group.  All 

675 

active treatment groups were administered at a dose of 10 mg/kg (based on the mass equivalence 

676 

of the active pharmaceutical ingredient). The equivalent dose is defined as the equal mass of the 

677 

active drug in different formulations.

  We  euthanized  mice  through  CO

2

  inhalation.

 For sample 

678 

collection and analysis, six mice per group were sacrificed at baseline (1 day post-infection, D-

679 

13), treatment initiation (Day 0, D0), and study endpoint (Day 14 post-infection, D14). Lung and 

680 

spleen homogenates were plated on 0.4% (w/v) charcoal-supplemented 7H10 agar and incubated 

681 

at 37°C under 5% 

CO₂ for 4 weeks before CFU enumeration. The remaining three mice per group 

682 

were used for pharmacokinetic analysis, with plasma, lung, and spleen samples collected at each 

683 

drug’s T

max

 on D14 for drug concentration determination. 

684 

11.

 

Zebrafish maintenance, husbandry, and Cardiotoxicity evaluation 

685 

This  experimental  procedure  was  approved  by  the  Beijing  Chest  Hospital  affiliated  Capital 

686 

Medical University Committee on Animal Use and Care. 

Adult zebrafish were purchased from the 

687 

China Zebrafish Resource Center (CZRC). The zebrafish and embryo cultures followed standard 

688 

procedures.  They  were  maintained  under  a  14-hour  light/10-hour  dark  cycle.  Embryos  were 

689 

generated by crossing adult zebrafish aged 2 months to 1 year. The Tg(myl7:GFP) zebrafish line 

690 

(CZRC ID: CZ56) was used in this study, with individuals of mixed sexes. Embryos and larvae 

691 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

32 

were cultured at 28 °C in E3 medium (5 mM NaCl, 0.17 mM KCl, 0.33 mM CaCl2, 0.33 mM 

692 

MgSO4;  Deepspace  Bio,  China).  From  1  day  post-fertilization  (dpf)  onward,  0.2  mM  N-

693 

phenylthiourea  (PTU;  Rhawn,  China)  was  added  to  prevent  pigment  formation  and  avoid 

694 

interference with imaging. 

695 

Tg(myl7:GFP) zebrafish larvae  were used  for cardiovascular function  studies.  Healthy 2 dpf 

696 

zebrafish larvae were employed and randomly placed into 12-well microplates, with 10

15 larvae 

697 

per  well,  and  treated  with  1  mL  of  either  free  drug  BDQ  (72  μM)  or  an  equivalent  mass 

698 

concentration of PLGA-BDQ NPs and ME-PLGA-BDQ NPs, respectively. 

699 

After a 2-day incubation period, zebrafish embryos were embedded in 1% (wt%) low-melting-

700 

point  agarose  to  fix  their  orientation  and  position  and  to  restrict  movement.  At  the  end  of  the 

701 

incubation,  a  15s  video  of  the  beating  heart  of  individual  larvae  was  recorded  using  a  Leica 

702 

fluorescence stereomicroscope M165 FC at room temperature to capture heart morphology and 

703 

enable quantitative assessment of ventricular function. Ventricular function was evaluated based 

704 

on heart rate (HR), stroke volume (SV), cardiac output (CO), and fractional shortening (FS). 

705 

Heart rate was determined by counting the number of heartbeats within a 15s interval. Video 

706 

images were used to measure the longitudinal axis length (a) and lateral axis length (b) between 

707 

myocardial borders of the ventricles at end-diastole and end-systole, respectively. Ventricular end-

708 

diastolic  volume  (EDV)  and  end-systolic  volume  (ESV)  in  larvae  were  calculated  from  heart 

709 

dimensions  using  the  formula  for  a  prolate  spheroid:  V  =  4/3πab².  SV,  CO,  and  %FS  were 

710 

calculated as follows: SV = (EDV − ESV), CO = SV × HR, %FS = (Diastolic diameter − Systolic 

711 

diameter) / (Systolic diameter) × 100%. 

712 

The average value of each parameter obtained from three independent biological replicates was 

713 

used to assess the cardiac function of zebrafish larvae. 

714 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

33 

QUANTIFICATION AND STATISTICAL ANALYSIS

 

715 

CFU  counts  were  log

10

-transformed  before  analysis.  To  compare  two  groups,  a  two-tailed 

716 

Student

s t-test was utilized, while for comparisons involving multiple groups, one-way analysis 

717 

of variance (ANOVA) followed by the Newman

Keuls post hoc test was employed. All analyses 

718 

were conducted using GraphPad Prism v5 (GraphPad Software, San Diego, CA), with

 P

 

<

 0.05 

719 

considered statistically significant.

 

Here, all statistical details of the experiment can be found in 

720 

the figure legends, where n represents the sample size. 

721 

ADDITIONAL RESOURCES 

722 

This  study  did  not  generate  or  utilize  any  additional  resources,  such  as  dedicated  websites  or 

723 

databases. 

724 

 

 

725 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

34 

 

726 

Reference 

727 

1.  Yang, H., Ruan, X., Li, W., Xiong, J., and Zheng, Y. (2024). Global, regional, and national 

728 

burden  of  tuberculosis  and  attributable  risk  factors  for  204  countries  and  territories,  1990-

729 

2021: a systematic analysis for  the Global Burden of Diseases 2021 study. BMC Public Health 

730 

24

, 3111. https://doi.org/10.1186/s12889-024-20664-w. 

731 

2.  Saukkonen,  J.J.,  Duarte,  R.,  Munsiff,  S.S.,  Winston,  C.A.,  Mammen,  M.J.,  Abubakar,  I., 

732 

Acuña-Villaorduña,  C.,  Barry,  P.M.,  Bastos,  M.L.,  Carr,  W.,  et  al.  (2025).  Updates  on  the 

733 

Treatment  of  Drug-Susceptible  and  Drug-Resistant  Tuberculosis:  An  Official 

734 

ATS/CDC/ERS/IDSA Clinical Practice Guideline. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 

211

, 15

33. 

735 

https://doi.org/10.1164/rccm.202410-2096ST. 

736 

3.  Shi, J., Lu, J., Wen, S., Zong, Z., Huo, F., Luo, J., Liang, Q., Li, Y., Huang, H., and Pang, Y. 

737 

(2018). In Vitro Activity of PBTZ169 against Multiple Mycobacterium Species. Antimicrob. 

738 

Agents Chemother. 

62

. https://doi.org/10.1128/AAC.01314-18. 

739 

4.  Makarov, V., Lechartier, B., Zhang, M., Neres, J., Sar, A.M., Raadsen, S.A., Hartkoorn, R.C., 

740 

Ryabova, O.B., Vocat, A., Decosterd, L.A., et al. (2014). Towards a new combination therapy 

741 

for  tuberculosis  with  next  generation  benzothiazinones.  EMBO  Mol.  Med. 

6

,  372. 

742 

https://doi.org/10.1002/emmm.201303575. 

743 

5. 

Fan, D., Wang, B., Stelitano, G., Savková, K., Shi, R., Huszár, S., Han, Q., Mikušová, K., 

744 

Chiarelli, L.R., Lu, Y., et al. (2021). Structural and Activity Relationships of 6-Sulfonyl-8-

745 

Nitrobenzothiazinones 

as 

Antitubercular 

Agents. 

J. 

Med. 

Chem. 

746 

https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.1c01049. 

747 

6.  Lv, K., You, X., Wang, B., Wei, Z., Chai, Y., Wang, B., Wang, A., Huang, G., Liu, M., and 

748 

Lu, Y. (2017). Identification of Better Pharmacokinetic Benzothiazinone Derivatives as New 

749 

Antitubercular 

Agents. 

ACS 

Med. 

Chem. 

Lett. 

8

636. 

750 

https://doi.org/10.1021/acsmedchemlett.7b00106. 

751 

7.  McLeay,  S.C.,  Vis,  P.,  Heeswijk,  R.P.G.  van,  and  Green,  B.  (2014).  Population 

752 

Pharmacokinetics  of  Bedaquiline  (TMC207),  a  Novel  Antituberculosis  Drug.  Antimicrob. 

753 

Agents Chemother. 

58

, 5315. https://doi.org/10.1128/AAC.01418-13. 

754 

8.  Okezue, M.A., Byrn, S.J., and Clase, K.L. (2022). Determining the solubilities for benzoate, 

755 

nicotinate,  hydrochloride,  and  malonate  salts  of  bedaquiline.  Int.  J.  Pharm. 

627

,  122229. 

756 

https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2022.122229. 

757 

9.  Supramolecular strategy for reducing the cardiotoxicity of bedaquiline without compromising 

758 

its  antimycobacterial  efficacy  (2018).  Food  Chem.  Toxicol. 

119

,  425

429. 

759 

https://doi.org/10.1016/j.fct.2017.12.022. 

760 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

35 

10. Field,  S.K.  (2015).  Bedaquiline  for  the  treatment  of  multidrug-resistant  tuberculosis:  great 

761 

promise 

or 

disappointment? 

Ther. 

Adv. 

Chronic 

Dis. 

6

170. 

762 

https://doi.org/10.1177/2040622315582325. 

763 

11. Tong, A.S.T., Choi, P.J., Blaser, A., Sutherland, H.S., Tsang, S.K.Y., Guillemont, J., Motte, 

764 

M.,  Cooper,  C.B.,  Andries,  K.,  Broeck,  W.V.  den,  et  al.  (2017).  6-Cyano  Analogues  of 

765 

Bedaquiline as Less Lipophilic and Potentially Safer Diarylquinolines for Tuberculosis. ACS 

766 

Med. Chem. Lett. 

8

, 1019. https://doi.org/10.1021/acsmedchemlett.7b00196. 

767 

12. Khatib, R., Sabir, F.R.N., Omari, C., Pepper, C., and Tayebjee, M.H. (2021). Managing drug-

768 

induced  QT  prolongation  in  clinical  practice.  Postgrad.  Med.  J. 

97

,  452

458. 

769 

https://doi.org/10.1136/postgradmedj-2020-138661. 

770 

13. Sharma,  A.,  Sharma,  S.,  and  Khuller,  G.K.  (2004).  Lectin-functionalized  poly  (lactide-co-

771 

glycolide)  nanoparticles  as  oral/aerosolized  antitubercular  drug  carriers  for  treatment  of 

772 

tuberculosis. J. Antimicrob. Chemother. 

54

, 761

766. https://doi.org/10.1093/jac/dkh411. 

773 

14. Danhier, F., Ansorena, E., Silva, J.M., Coco, R., Le Breton, A., and Préat, V. (2012). PLGA-

774 

based nanoparticles: An overview of biomedical applications. J. Controlled Release 

161

, 505

775 

522. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2012.01.043. 

776 

15. He, Y., Chen, Q.-W., Yu, J.-X., Qin, S.-Y., Liu, W.-L., Ma, Y.-H., Chen, X.-S., Zhang, A.-Q., 

777 

Zhang, X.-Z., and Cheng, Y.-J. (2023). Yeast cell membrane-camouflaged PLGA nanoparticle 

778 

platform  for  enhanced  cancer  therapy.  J.  Controlled  Release 

359

,  347

358. 

779 

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2023.05.043. 

780 

16. Pozo-Acebo,  L.  del,  Hazas,  M.-C.L.  de  las,  Tomé-Carneiro,  J.,  Gil-Cabrerizo,  P.,  San-

781 

Cristobal,  R.,  Busto,  R.,  García-Ruiz,  A.,  and  Dávalos,  A.  (2021).  Bovine  Milk-Derived 

782 

Exosomes as a Drug Delivery Vehicle for miRNA-Based Therapy. Int. J. Mol. Sci. 

22

, 1105. 

783 

https://doi.org/10.3390/ijms22031105. 

784 

17. Munagala, R., Aqil, F., Jeyabalan, J., and Gupta, R.C. (2015). Bovine milk-derived exosomes 

785 

for drug delivery. Cancer Lett. 

371

, 48. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2015.10.020. 

786 

18. Kim,  M.S.,  Haney,  M.J.,  Zhao,  Y.,  Mahajan,  V.,  Deygen,  I.,  Klyachko,  N.L.,  Inskoe,  E., 

787 

Piroyan, A., Sokolsky, M., Okolie, O., et al. (2016). Development of exosome-encapsulated 

788 

paclitaxel to overcome MDR in cancer cells. Nanomedicine Nanotechnol. Biol. Med. 

12

, 655

789 

664. https://doi.org/10.1016/j.nano.2015.10.012. 

790 

19. Li, Y., Xing, L., Wang, L., Liu, X., Wu, L., Ni, M., Zhou, Z., Li, L., Liu, X., and Huang, Y. 

791 

(2023).  Milk-derived  exosomes  as  a  promising  vehicle  for  oral  delivery  of  hydrophilic 

792 

biomacromolecule 

drugs. 

Asian 

J. 

Pharm. 

Sci. 

18

100797. 

793 

https://doi.org/10.1016/j.ajps.2023.100797. 

794 

20. Xu, Q., Yang, S., Zhang, K., Liu, Y., Li, L., and Qu, S. (2024). Enhanced antibacterial activity 

795 

of bovine milk exosome-based drug formulation against bacterial pathogens. Food Chem. 

447

796 

139034. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.139034. 

797 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

36 

21. Xiao, P., Wang, H., Liu, H., Yuan, H., Guo, C., Feng, Y., Qi, P., Yin, T., Zhang, Y., He, H., 

798 

et al. (2024). Milk Exosome-Liposome Hybrid Vesicles with Self-Adapting Surface Properties 

799 

Overcome the Sequential Absorption Barriers for Oral Delivery of Peptides. ACS Nano 

18

800 

21091

21111. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c02560. 

801 

22. Betker,  J.L.,  Angle,  B.M.,  Graner,  M.W.,  and  Anchordoquy,  T.J.  (2019).  The  Potential  of 

802 

Exosomes  From  Cow  Milk  for  Oral  Delivery.  J.  Pharm.  Sci. 

108

,  1496

1505. 

803 

https://doi.org/10.1016/j.xphs.2018.11.022. 

804 

23. Rani,  P.,  Vashisht,  M.,  Golla,  N.,  Shandilya,  S.,  Onteru,  S.K.,  and  Singh,  D.  (2017).  Milk 

805 

miRNAs encapsulated in exosomes are stable to human digestion and permeable to intestinal 

806 

barrier in vitro. J. Funct. FOODS 

34

, 431

439. https://doi.org/10.1016/j.jff.2017.05.009. 

807 

24. Yan, C., Chen, J., Wang, C., Yuan, M., Kang, Y., Wu, Z., Li, W., Zhang, G., Machens, H.-G., 

808 

Rinkevich, Y., et al. (2022). Milk exosomes-mediated miR-31-5p delivery accelerates diabetic 

809 

wound  healing  through  promoting  angiogenesis.  Drug  Deliv. 

29

,  214

228. 

810 

https://doi.org/10.1080/10717544.2021.2023699. 

811 

25. Qu, S., Han, Y., Liu, Y., Zhu, J., Acaroz, U., Shen, J., and Zhu, K. (2022). Milk Exosomes 

812 

Facilitate Oral Delivery of Drugs against Intestinal Bacterial Infections. J. Agric. Food Chem. 

813 

70

, 16069

16079. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c04971. 

814 

26. Cui, Z., Amevor, F.K., Zhao, X., Mou, C., Pang, J., Peng, X., Liu, A., Lan, X., and Liu, L. 

815 

(2023).  Potential  therapeutic  effects  of  milk-derived  exosomes  on  intestinal  diseases.  J. 

816 

NANOBIOTECHNOLOGY 

21

. https://doi.org/10.1186/s12951-023-02176-8. 

817 

27. Alsayed, S.S.R., and Gunosewoyo, H. (2023). Tuberculosis: Pathogenesis, Current Treatment 

818 

Regimens and New Drug Targets. Int. J. Mol. Sci. 

24

. https://doi.org/10.3390/ijms24065202. 

819 

28. Lupien, A., Vocat, A., Foo, C.S.-Y., Blattes, E., Gillon, J.-Y., Makarov, V., and Cole, S.T. 

820 

(2018). Optimized Background Regimen for Treatment of Active Tuberculosis with the Next-

821 

Generation Benzothiazinone Macozinone (PBTZ169). Antimicrob. AGENTS Chemother. 

62

822 

https://doi.org/10.1128/AAC.00840-18. 

823 

29. Diab, A., Dickerson, H., and Al Musaimi, O. (2025). Targeting the Heart of Mycobacterium: 

824 

Advances in Anti-Tubercular Agents Disrupting Cell Wall Biosynthesis. Pharm. Basel Switz. 

825 

18

. https://doi.org/10.3390/ph18010070. 

826 

30. Fountain, A.J., Waller, N.J.E., Cheung, C.-Y., Jowsey, W., Chrisp, M.T., Troll, M., Edelstein, 

827 

P.H., Cook, G.M., Mcneil, M.B., and Ramakrishnan, L. (2025). Verapamil and its metabolite 

828 

norverapamil  inhibit  the  Mycobacterium  tuberculosis  MmpS5L5  efflux  pump  to  increase 

829 

bedaquiline 

activity. 

Proc. 

Natl. 

Acad. 

Sci. 

U. 

S. 

A. 

122

830 

https://doi.org/10.1073/pnas.2426827122. 

831 

31. Zhong, X., Wu, J., Du, N., Zhou, S., Ma, C., Xue, T., Wei, M., Gong, J., Wang, B., Liu, M., 

832 

et al. (2024). Design, synthesis and antimycobacterial activity of novel benzothiazinones with 

833 

improved 

water 

solubility. 

Eur. 

J. 

Med. 

Chem. 

279

116829. 

834 

https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2024.116829. 

835 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

37 

32. Su,  Y.,  Zhang,  B.,  Sun,  R.,  Liu,  W.,  Zhu,  Q.,  Zhang,  X.,  Wang,  R.,  and  Chen,  C.  (2021). 

836 

PLGA-based biodegradable microspheres in drug delivery: recent advances in research and 

837 

application. Drug Deliv. 

28

, 1397

1418. https://doi.org/10.1080/10717544.2021.1938756. 

838 

33. Di,  L.,  Artursson,  P.,  Avdeef,  A.,  Benet,  L.Z.,  Houston,  J.B.,  Kansy,  M.,  Kerns,  E.H., 

839 

Lennernäs, H., Smith, D.A., and Sugano, K. (2020). The Critical Role of Passive Permeability 

840 

in 

Designing 

Successful 

Drugs. 

ChemMedChem 

15

1862

1874. 

841 

https://doi.org/10.1002/cmdc.202000419. 

842 

34. Luo,  Z.,  Paunovi

ć,  N.,  and  Leroux,  J.

-C.  (2021).  Physical  methods  for  enhancing  drug 

843 

absorption  from  the  gastrointestinal  tract.  Adv.  Drug  Deliv.  Rev. 

175

,  113814. 

844 

https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.05.024. 

845 

35. Kambayashi, A., and Shirasaka, Y. (2023). Food effects on gastrointestinal physiology and 

846 

drug 

absorption. 

Drug 

Metab. 

Pharmacokinet. 

48

100488. 

847 

https://doi.org/10.1016/j.dmpk.2022.100488. 

848 

36. Wu, L., Wang, L., Liu, X., Bai, Y., Wu, R., Li, X., Mao, Y., Zhang, L., Zheng, Y., Gong, T., 

849 

et al. (2022). Milk-derived exosomes exhibit versatile effects for improved oral drug delivery. 

850 

Acta Pharm. Sin. B 

12

, 2029

2042. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2021.12.015. 

851 

37. Liao, Y., Du, X., Li, J., and Lönnerdal, B. (2017). Human milk exosomes and their microRNAs 

852 

survive digestion in vitro and are taken up by human intestinal cells. Mol. Nutr. Food Res. 

61

853 

https://doi.org/10.1002/mnfr.201700082. 

854 

38. Mayer, J.B., Patil, S.M., Shin, S.-H., Yoo, J., and Won, Y.-Y. (2025). Internal Water-Induced 

855 

Acceleration, Chemical Pathways, and Contributing Factors in the Degradation of Poly(lactic-

856 

co-glycolic acid) (PLGA) Microparticles and  Devices. ACS Biomater. Sci. Eng. 

11

, 3932

857 

3948. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.5c00419. 

858 

39. Siepmann,  J.,  Elkharraz,  K.,  Siepmann,  F.,  and  Klose,  D.  (2005).  How  autocatalysis 

859 

accelerates  drug  release  from  PLGA-based  microparticles:  a  quantitative  treatment. 

860 

Biomacromolecules 

6

, 2312

2319. https://doi.org/10.1021/bm050228k. 

861 

40. Aburahma, M.H. (2016). Bile salts-containing vesicles: promising pharmaceutical carriers for 

862 

oral  delivery  of  poorly  water-soluble  drugs  and  peptide/protein-based  therapeutics  or  

863 

vaccines. Drug Deliv. 

23

, 1847

1867. https://doi.org/10.3109/10717544.2014.976892. 

864 

41. Agrawal, A.K., Aqil, F., Jeyabalan, J., Spencer, W.A., Beck, J., Gachuki, B.W., Alhakeem, 

865 

S.S.,  Oben,  K.,  Munagala,  R.,  Bondada,  S.,  et  al.  (2017).  Milk-derived  exosomes  for  oral 

866 

delivery  of  paclitaxel.  Nanomedicine  Nanotechnol.  Biol.  Med. 

13

,  1627

1636. 

867 

https://doi.org/10.1016/j.nano.2017.03.001. 

868 

42. Qu, S., Han, Y., Liu, Y., Zhu, J., Acaroz, U., Shen, J., and Zhu, K. (2022). Milk Exosomes 

869 

Facilitate Oral Delivery of Drugs against Intestinal Bacterial Infections. J. Agric. Food Chem. 

870 

70

, 16069

16079. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c04971. 

871 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

38 

43. Zhang, H.-Y., Firempong, C.K., Wang, Y.-W., Xu, W.-Q., Wang, M.-M., Cao, X., Zhu, Y., 

872 

Tong,  S.-S.,  Yu,  J.-N.,  and  Xu,  X.-M.  (2016).  Ergosterol-loaded  poly(lactide-co-glycolide) 

873 

nanoparticles  with  enhanced  in  vitro  antitumor  activity  and  oral  bioavailability.  Acta 

874 

Pharmacol. Sin. 

37

, 834

844. https://doi.org/10.1038/aps.2016.37. 

875 

44. Turner,  R.,  Joseph,  A.,  Titchener-Hooker,  N.,  and  Bender,  J.  (2018).  Manufacturing  of 

876 

Proteins and Antibodies: Chapter Downstream Processing Technologies. Adv. Biochem. Eng. 

877 

Biotechnol. 

165

, 95

114. https://doi.org/10.1007/10_2016_54. 

878 

45. Yamauchi, M., Shimizu, K., Rahman, M., Ishikawa, H., Takase, H., Ugawa, S., Okada, A., 

879 

and Inoshima, Y. (2019). Efficient method for isolation of exosomes from raw bovine milk. 

880 

Drug Dev. Ind. Pharm. 

45

, 359

364. https://doi.org/10.1080/03639045.2018.1539743. 

881 

46. Ritsema,  J.A.S.,  Herschberg,  E.M.A.,  Borgos,  S.E.,  Løvmo,  C.,  Schmid,  R.,  Te  Welscher, 

882 

Y.M., Storm, G., and van Nostrum, C.F. (2018). Relationship between polarities of antibiotic 

883 

and polymer matrix on nanoparticle formulations based on aliphatic polyesters. Int. J. Pharm. 

884 

548

, 730

739. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2017.11.017. 

885 

47. Patil,  S.M.,  Diorio,  A.M.,  Kommarajula,  P.,  and  Kunda,  N.K.  (2024).  A  quality-by-design 

886 

strategic approach for the development of bedaquiline-pretomanid nanoparticles as inhalable 

887 

dry 

powders 

for 

TB 

treatment. 

Int. 

J. 

Pharm. 

653

123920. 

888 

https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2024.123920. 

889 

48. Rashidi, M., Bijari, S., Khazaei, A.H., Shojaei-Ghahrizjani, F., and Rezakhani, L. (2022). The 

890 

role  of  milk-derived  exosomes  in  the  treatment  of  diseases.  Front.  Genet. 

13

,  1009338. 

891 

https://doi.org/10.3389/fgene.2022.1009338. 

892 

 

893 

 

 

894 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

39 

Figure 1. TEM images and membrane protein concentration of ME, blank ME-PLGA NPs, 

895 

and ME-PLGA-PBTZ169/BDQ NPs.

 

(A) TEM images of natural MEs and magnified views. 

896 

Scale bars: 200 nm & 100 nm. (B) TEM images of ME-PLGA-PBTZ169 NPs and (D) ME-PLGA-

897 

BDQ NPs with magnified views. Scale bars: 1 μm & 200 nm.

 (C) WB results of characteristic ME 

898 

proteins and membrane protein retention rates during the preparation process (Mean ± SD, n = 3), 

899 

and  statistical  analysis  was  performed  by  a  two-

tailed  Student’s  t

-test.  No  significant  (NS) 

900 

differences were observed in the three specific proteins before and after encapsulation. 

901 

Figure 2 Physical stability assessment of ME-PLGA nanoparticles after storage at -80°C for 

902 

one month.

 

(A) Changes in the average particle size of nanoparticles; (B) Changes in zeta potential; 

903 

(C)  Changes  in  polydispersity  index.  Data  are  presented  as  Mean  ±  SD  (n=3),  and  statistical 

904 

analysis  was  performed  by  a  two-

tailed  Student’s  t

-test.  No  statistically  significant  differences 

905 

were observed between groups (

P

 > 0.05), indicating that the nanoparticles remained stable after 

906 

lyophilization and reconstitution under long-term low-temperature storage conditions. 

907 

Figure 3

. Contact angle measurements of raw drug PBTZ169, Blank PLGA NPs, and PLGA-

908 

PBTZ169 NPs

 (Mean ± SD, n = 3), and statistical analysis was performed by one-way analysis of 

909 

variance  (ANOVA)  tests.  Compared  with  the  PBTZ169  group,  **

P

<0.01;  Compared  with  the 

910 

BDQ group, 

△△

P

<0.01. 

911 

Figure 4. Cytotoxicity evaluation of BDQ/PBTZ169, PLGA-BDQ/PBTZ169 nanoparticles, 

912 

ME-PLGA-BDQ/PBTZ169 nanoparticles, and two blank carrier materials in HepG2, Vero, 

913 

Caco-2,  HeLa,  and  J774A.1  cells.

  The  figure  shows  the  cell  viability  of  two  blank  carrier 

914 

materials (10 mg/mL) and three formulations (PBTZ169 and BDQ) at various drug concentration 

915 

gradients (8, 16, 32, 64, 128 μg/mL), comparing the in vitro safety of different formulations at the 

916 

same drug concentration. (Mean ± SD, n = 3, and statistical analysis was performed by one-way 

917 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

40 

analysis of variance (ANOVA) tests) Compared with the PBTZ169 group, *

P

 < 0.05; compared 

918 

with  the  PLGA-BDQ  nanoparticles  group,  #P  <  0.05.  Statistical  analysis  was  performed  for 

919 

different drug formulations at the same concentration, and no significant differences were observed 

920 

except for the groups indicated in the figure. 

921 

Figure  5.  Drug  release  profiles  of  three  formulations  (BDQ/PBTZ169,  PLGA-

922 

BDQ/PBTZ169 NPs, and ME-PLGA-BDQ/PBTZ169 NPs) under simulated gastrointestinal 

923 

conditions.

 

Simulated Gastric Fluid (SGF, pH=1.2) and Simulated Intestinal Fluid (SIF, pH=6.8)

 

924 

(

A)  and  (B)  represent  the  drug  release  profiles  of  three  formulations  of  PBTZ169  and  three 

925 

formulations of BDQ in gastric and intestinal fluids over 36 hours (sampling at 0, 2, 4, 6, 8, 10, 

926 

12, 24, and 36 hours). Mean ± SD, n = 3. 

927 

Figure  6.  The  plasma  concentration-time  profiles  following  single-dose  administration  of 

928 

three different formulations (BDQ/PBTZ169, PLGA-BDQ/PBTZ169 NPs, and ME-PLGA-

929 

BDQ/PBTZ169 NPs) in mice.

 

Figures A, B, and C show the drug concentration-time curves of 

930 

BDQ in plasma (A), lung (B), and spleen (C), respectively; Figures D, E, and F show the drug 

931 

concentration-time  curves  of  PBTZ169  in  plasma  (D),  lung  (E),  and  spleen  (F),  respectively. 

932 

(Mean ± SD, n = 3)  

933 

Figure 7. Comparative analysis of AUC values following single-dose administration of three 

934 

different  formulations  (BDQ/PBTZ169,  PLGA-BDQ/PBTZ169  NPs,  and  ME-PLGA-

935 

BDQ/PBTZ169 NPs) in mice

, Mean ± SD, n = 3, and statistical analysis was performed by one-

936 

way analysis of variance (ANOVA) tests. Compared with the PBTZ169/BDQ group, * 

P

 < 0.05, 

937 

**

P

<0.01 

938 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

41 

Figure 8. Analysis of drug concentrations in vivo and bacterial loads in lungs/spleens of mice 

939 

after two weeks of administration of different nanoformulations.

 (A) Drug concentrations in 

940 

lung tissues of three different PBTZ169 formulations at the peak time after the last dose; (B) Drug 

941 

concentrations  in  lung  tissues  of  three  different  BDQ  formulations  after  two  weeks  of 

942 

administration; (C) Drug concentrations in spleen tissues of three different PBTZ169 formulations 

943 

at the peak time after the last dose; (D) Drug concentrations in spleen tissues of three different 

944 

BDQ formulations after two weeks of administration; (E) Bacterial colony (CFU) counts in lung 

945 

tissues after two weeks of treatment with different formulations; (F) Bacterial colony (CFU) counts 

946 

in spleen tissues after two weeks of treatment with different formulations; (G) Schematic timeline 

947 

of infection, treatment, and organ collection in mice (experimental details are provided in Section 

948 

3.7). Data are presented as Mean ± SD (n=6), and statistical analysis was performed by one-way 

949 

analysis of variance (ANOVA) tests. *

P

 < 0.05, **

< 0.01, ***

< 0.001, ****

< 0.0001.

 

NS 

950 

is defined as no statistical significance. 

951 

Figure 9.

 

Cardiac function evaluation of zebrafish (2 dpf) exposed to free BDQ (72 μM), ME

-

952 

PLGA-

BDQ NPs (72 μM), and PLGA

-BDQ NPs  

(72 μM)

 for 2 days.

 The figure shows the 

953 

heart rate (A), fractional shortening (B), stroke volume (C), and cardiac output (D) of zebrafish 

954 

hearts. Data are presented as Mean ± S.E.M (n = 10), and statistical analysis was performed by 

955 

one-way analysis of variance (ANOVA) tests. All experiments were independently repeated three 

956 

times.  * denotes comparison  with the control  group;  # denotes comparison with  the free BDQ 

957 

group; */# 

P

<0.05, **/## 

P

<0.01, ***/### 

P

<0.001, ****/#### 

P

<0.0001.

 

NS is defined as no 

958 

statistical significance. 

959 

 

960 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

42 

Table 1. Particle size, polydispersity index (PDI), and Zeta potential of ME, blank ME-PLGA 

961 

NPs, and ME-PLGA-PBTZ169/BDQ NPs (Mean ± SD, n = 3). 

962 

Sample name

 

Particle size

nm

 

Polydispersity 

index (PDI)

 

Zeta 

potential

mv

 

 

ME

 

104.50±4.86

 

0.16±0.02

 

-9.95±0.12

   

PLGA-BDQ NPs

 

232.13±7.24

 

0.15±0.01

 

-20.44±0.39

   

PLGA-PBTZ169 NPs

 

216.87±7.76

 

0.14±0.01

 

-20.28±0.45

   

ME-PLGA-BDQ NPs

 

252.33±2.91

 

0.15±0.02

 

-18.26±0.47

   

ME-PLGA-PBTZ169 NPs

 

252.50±7.56

 

0.15±0.02

 

-18.65±0.83

   

 

963 

Table 2. Encapsulation efficiency (EE) and drug loading (DL) of ME-PLGA-PBTZ169/BDQ 

964 

NPs (Mean ± SD, n = 3). 

965 

Sample name

 

DL(%)

 

EE(%)

 

ME-PLGA- PBTZ169 NPs

 

15.90±1.32%

 

63.30±5.02%

 

ME-PLGA- BDQ NPs

 

18.13±2.92%

 

68.52±7.13%

 

 

966 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

43 

Table  3.  Minimum  inhibitory  concentrations  (MICs)  of  BDQ/PBTZ169,  PLGA-

967 

BDQ/PBTZ169  NPs,  ME-PLGA-BDQ/PBTZ169  NPs,  and  two  blank  carrier  materials 

968 

against Mycobacterium tuberculosis reference strain H37Rv in vitro 

969 

Sample name

 

MIC

μg/mL

 

PLGA-Blank NPs

 

>10

 

ME-PLGA-Blank NPs

 

>10

 

PBTZ169

 

0.000625

 

PLGA-PBTZ169 NPs

 

0.000625

 

ME-PLGA-PBTZ169 NPs

 

0.000625

 

BDQ

 

0.0625

 

PLGA-BDQ NPs

 

0.0625

 

ME-PLGA-BDQ NPs

 

0.0625

 

 

970 

 

 

971 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

44 

 

972 

 

973 

 

 

974 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

 

45 

 

975 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Highlights 

 
1. ME-PLGA NPs deliver PBTZ169 or BDQ with high encapsulation efficiency. 
2. ME-PLGA NPs enhance oral bioavailability and achieve accumulation in lung tissues. 
3. ME-PLGA NPs reduce bacterial load by >2.5 log10 in a murine TB model. 
4. The platform mitigates BDQ cardiotoxicity and exhibits excellent biocompatibility. 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

Key resources table 

REAGENT or 

RESOURCE

 

SOURCE

 

IDENTIFIER

 

Antibiotics

 

CD63 

Absin 

abs123229 

CD81 

Absin 

abs126599 

TSG101 

bioss 

bs-1365R 

goat anti-rabbit IgG-HRP 

Affinity 

S0001 

goat anti-mouse IgG-

HRP 

Affinity 

S0002 

Bacterial and virus strains

 

M. tuberculosis

 H37Rv 

Lab stock 

ATCC 27294 

M. tuberculosis 

H37Ra 

Lab stock 

ATCC 25177 

Cell lines

 

HepG2 cells (Male) 

Lab stock originally 

from ATCC 

ATCC HB-8065 

Vero cells (Female) 

Lab stock originally 

from ATCC 

ATCC CCL-81 

Caco-2 cells (Male) 

Lab stock originally 

from ATCC 

ATCC HTB-37 

HeLa cells (Female) 

Lab stock originally 

from ATCC 

ATCC CCL-2 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

J774A.1 cells (Female) 

Lab stock originally 

from ATCC 

ATCC TIB-67 

Experimental models: Organisms/strains 

BALB/c Mice (Female) 

Beijing Vital River 

Laboratory Animal 

Technology Co., Ltd. 

RRID: MGI:2161072 

Zebrafish (larvae, sex not 

determined) 

China Zebrafish Resource 

Center(CZRC) 

CZ56 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins

 

bovine skim milk 

Mengniu Dairy Co., 

Ltd. (Hohhot, China) 

Provided commercially for this study 

poly(D,l-lactide-

co

-

glycolide)(50:50)-b-

poly(ethylene glycol) 

(PLGA) 

Aladdin Scientific 

(Shanghai, China) 

34346-01-5 

PBTZ169 

Shanghai Hanxiang 

Biotechnology Co., Ltd. 

20210924 

BDQ 

Shanghai Hanxiang 

Biotechnology Co., Ltd. 

20210318 

Software and algorithms

 

WinNonlin® (v6.2.1)

 

Certara, USA 

Version 6.2.1 

Journal Pre-proof

p-html.html
background image

GraphPad Prism v5

 

GraphPad Software, 

USA 

Version 10.3.1 

 

Journal Pre-proof