The coronavirus family member, SARS-CoV-2 has been identified as the causal agent for the pandemic viral pneumonia disease, COVID-19. At this time, no vaccine is available to control further dissemination of the disease. We have previously engineered a synthetic DNA vaccine targeting the MERS coronavirus Spike (S) protein, the major surface antigen of coronaviruses, which is currently in clinical study. Here we build on this prior experience to generate a synthetic DNA-based vaccine candidate targeting SARS-CoV-2 S protein. The engineered construct, INO-4800, results in robust expression of the S protein in vitro. Following immunization of mice and guinea pigs with INO-4800 we measure antigen-specific T cell responses, functional antibodies which neutralize the SARS-CoV-2 infection and block Spike protein binding to the ACE2 receptor, and biodistribution of SARS-CoV-2 targeting antibodies to the lungs. This preliminary dataset identifies INO-4800 as a potential COVID-19 vaccine candidate, supporting further translational study.

BackgroundMiddle East respiratory syndrome (MERS) coronavirus causes a highly fatal lower-respiratory tract infection. There are as yet no licensed MERS vaccines or therapeutics. This study (WRAIR-2274) assessed the safety, tolerability, and immunogenicity of the GLS-5300 MERS coronavirus DNA vaccine in healthy adults.MethodsThis study was a phase 1, open-label, single-arm, dose-escalation study of GLS-5300 done at the Walter Reed Army Institute for Research Clinical Trials Center (Silver Spring, MD, USA). We enrolled healthy adults aged 18–50 years; exclusion criteria included previous infection or treatment of MERS. Eligible participants were enrolled sequentially using a dose-escalation protocol to receive 0·67 mg, 2 mg, or 6 mg GLS-5300 administered by trained clinical site staff via a single intramuscular 1 mL injection at each vaccination at baseline, week 4, and week 12 followed immediately by co-localised intramuscular electroporation. Enrolment into the higher dose groups occurred after a safety monitoring committee reviewed the data following vaccination of the first five participants at the previous lower dose in each group. The primary outcome of the study was safety, assessed in all participants who received at least one study treatment and for whom post-dose study data were available, during the vaccination period with follow-up through to 48 weeks after dose 3. Safety was measured by the incidence of adverse events; administration site reactions and pain; and changes in safety laboratory parameters. The secondary outcome was immunogenicity. This trial is registered at ClinicalTrials.gov (number NCT02670187) and is completed.FindingsBetween Feb 17 and July 22, 2016, we enrolled 75 individuals and allocated 25 each to 0·67 mg, 2 mg, or 6 mg GLS-5300. No vaccine-associated serious adverse events were reported. The most common adverse events were injection-site reactions, reported in 70 participants (93%) of 75. Overall, 73 participants (97%) of 75 reported at least one solicited adverse event; the most common systemic symptoms were headache (five [20%] with 0·67 mg, 11 [44%] with 2 mg, and seven [28%] with 6 mg), and malaise or fatigue (five [20%] with 0·67 mg, seven [28%] with 2 mg, and two [8%] with 6 mg). The most common local solicited symptoms were administration site pain (23 [92%] with all three doses) and tenderness (21 [84%] with all three doses). Most solicited symptoms were reported as mild (19 [76%] with 0·67 mg, 20 [80%] with 2 mg, and 17 [68%] with 6 mg) and were self-limiting. Unsolicited symptoms were reported for 56 participants (75%) of 75 and were deemed treatment-related for 26 (35%). The most common unsolicited adverse events were infections, occurring in 27 participants (36%); six (8%) were deemed possibly related to study treatment. There were no laboratory abnormalities of grade 3 or higher that were related to study treatment; laboratory abnormalities were uncommon, except for 15 increases in creatine phosphokinase in 14 participants (three participants in the 0·67 mg group, three in the 2 mg group, and seven in the 6 mg group). Of these 15 increases, five (33%) were deemed possibly related to study treatment (one in the 2 mg group and four in the 6 mg group). Seroconversion measured by S1-ELISA occurred in 59 (86%) of 69 participants and 61 (94%) of 65 participants after two and three vaccinations, respectively. Neutralising antibodies were detected in 34 (50%) of 68 participants. T-cell responses were detected in 47 (71%) of 66 participants after two vaccinations and in 44 (76%) of 58 participants after three vaccinations. There were no differences in immune responses between dose groups after 6 weeks. At week 60, vaccine-induced humoral and cellular responses were detected in 51 (77%) of 66 participants and 42 (64%) of 66, respectively.InterpretationThe GLS-5300 MERS coronavirus vaccine was well tolerated with no vaccine-associated serious adverse events. Immune responses were dose-independent, detected in more than 85% of participants after two vaccinations, and durable through 1 year of follow-up. The data support further development of the GLS-5300 vaccine, including additional studies to test the efficacy of GLS-5300 in a region endemic for MERS coronavirus.FundingUS Department of the Army and GeneOne Life Science.

A vaccine against SARS-CoV-2 is of high urgency. Here the safety and immunogenicity induced by a DNA vaccine (INO-4800) targeting the full length spike antigen of SARS-CoV-2 are described.INO-4800 was evaluated in two groups of 20 participants, receiving either 1.0 mg or 2.0 mg of vaccine intradermally followed by CELLECTRA® EP at 0 and 4 weeks. Thirty-nine subjects completed both doses; one subject in the 2.0 mg group discontinued trial participation prior to receiving the second dose. ClinicalTrials.gov identifier: NCT04336410.The median age was 34.5, 55% (22/40) were men and 82.5% (33/40) white. Through week 8, only 6 related Grade 1 adverse events in 5 subjects were observed. None of these increased in frequency with the second administration. No serious adverse events were reported. All 38 subjects evaluable for immunogenicity had cellular and/or humoral immune responses following the second dose of INO-4800. By week 6, 95% (36/38) of the participants seroconverted based on their responses by generating binding (ELISA) and/or neutralizing antibodies (PRNT IC50), with responder geometric mean binding antibody titers of 655.5 [95% CI (255.6, 1681.0)] and 994.2 [95% CI (395.3, 2500.3)] in the 1.0 mg and 2.0 mg groups, respectively. For neutralizing antibody, 78% (14/18) and 84% (16/19) generated a response with corresponding geometric mean titers of 102.3 [95% CI (37.4, 280.3)] and 63.5 [95% CI (39.6, 101.8)], in the respective groups. By week 8, 74% (14/19) and 100% (19/19) of subjects generated T cell responses by IFN-ɣ ELISpot assay with the median SFU per 106 PBMC of 46 [95% CI (21.1, 142.2)] and 71 [95% CI (32.2, 194.4)] in the 1.0 mg and 2.0 mg groups, respectively. Flow cytometry demonstrated a T cell response, dominated by CD8+ T cells co-producing IFN-ɣ and TNF-α, without increase in IL-4.INO-4800 demonstrated excellent safety and tolerability and was immunogenic in 100% (38/38) of the vaccinated subjects by eliciting either or both humoral or cellular immune responses.Coalition for Epidemic Preparedness Innovations (CEPI).

A consensus MERS spike protein synthetic DNA vaccine can induce protective responses against viral challenge.

Summary Coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by the SARS-CoV-2 virus, has had a dramatic global impact on public health, social, and economic infrastructures. Here, we assess immunogenicity and anamnestic protective efficacy in rhesus macaques of the intradermal (ID)-delivered SARS-CoV-2 spike DNA vaccine, INO-4800. INO-4800 is an ID-delivered DNA vaccine currently being evaluated in clinical trials. Vaccination with INO-4800 induced T cell responses and neutralizing antibody responses against both the D614 and G614 SARS-CoV-2 spike proteins. Several months after vaccination, animals were challenged with SARS-CoV-2 resulting in rapid recall of anti-SARS-CoV-2 spike protein T and B cell responses. These responses were associated with lower viral loads in the lung and with faster nasal clearance of virus. These studies support the immune impact of INO-4800 for inducing both humoral and cellular arms of the adaptive immune system which are likely important for providing durable protection against COVID-19 disease.

Abstract Global surveillance has identified emerging SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) associated with broadened host specificity, pathogenicity, and immune evasion to vaccine induced immunity. Here we compared humoral and cellular responses against SARS-CoV-2 VOC in subjects immunized with the DNA vaccine, INO-4800. INO-4800 vaccination induced neutralizing antibodies against all variants tested, with reduced levels detected against B.1.351. IFNγ T cell responses were fully maintained against all variants tested.

Abstract Antibodies from SARS-CoV-2 vaccines may target epitopes which reduce durability or increase the potential for escape from vaccine-induced immunity. Using a novel synthetic vaccinology pipeline, we developed rationally immune focused SARS-CoV-2 Spike-based vaccines. N-linked glycans can be employed to alter antibody responses to infection and vaccines. Utilizing computational modeling and comprehensive in vitro screening, we incorporated glycans into the Spike Receptor-Binding Domain (RBD) and assessed antigenic profiles. We developed glycan coated RBD immunogens and engineered seven multivalent configurations. Advanced DNA delivery of engineered nanoparticle vaccines rapidly elicited potent neutralizing antibodies in guinea pigs, hamsters and multiple mouse models, including human ACE2 and human B cell repertoire transgenics. RBD nanoparticles encoding wild-type and the P.1 SARS-CoV-2 variant induced high levels of cross-neutralizing antibodies. Single, low dose immunization protected against a lethal SARS-CoV-2 challenge. Single-dose coronavirus vaccines via DNA-launched nanoparticles provide a platform for rapid clinical translation of novel, potent coronavirus vaccines.

SUMMARY The enhanced transmissibility and immune evasion associated with emerging SARS-CoV-2 variants demands the development of next-generation vaccines capable of inducing superior protection amid a shifting pandemic landscape. Since a portion of the global population harbors some level of immunity from vaccines based on the original Wuhan-Hu-1 SARS-CoV-2 sequence or natural infection, an important question going forward is whether this immunity can be boosted by next-generation vaccines that target emerging variants while simultaneously maintaining long-term protection against existing strains. Here, we evaluated the immunogenicity of INO-4800, our synthetic DNA vaccine candidate for COVID-19 currently in clinical evaluation, and INO-4802, a next-generation DNA vaccine designed to broadly target emerging SARS-CoV-2 variants, as booster vaccines in nonhuman primates. Rhesus macaques primed over one year prior with the first-generation INO-4800 vaccine were boosted with either INO-4800 or INO-4802 in homologous or heterologous prime-boost regimens. Both boosting schedules led to an expansion of antibody responses which were characterized by improved neutralizing and ACE2 blocking activity across wild-type SARS-CoV-2 as well as multiple variants of concern. These data illustrate the durability of immunity following vaccination with INO-4800 and additionally support the use of either INO-4800 or INO-4802 in prime-boost regimens.

Abstract SARS-CoV-2 ( S evere A cute R espiratory S yndrome Co rona v irus 2 ) has caused a global pandemic of COVID-19 resulting in cases of mild to severe respiratory distress and significant mortality. The global outbreak of this novel coronavirus has now infected >8 million people worldwide with >2 million cases in the US (June 17 th , 2020). There is an urgent need for vaccines and therapeutics to combat the spread of this coronavirus. Similarly, the development of diagnostic and research tools to determine infection and vaccine efficacy are critically needed. Molecular assays have been developed to determine viral genetic material present in patients. Serological assays have been developed to determine humoral responses to the spike protein or receptor binding domain (RBD). Detection of functional antibodies can be accomplished through neutralization of live SARS-CoV2 virus, but requires significant expertise, an infectible stable cell line, a specialized BioSafety Level 3 (BSL-3) facility. As large numbers of people return from quarantine, it is critical to have rapid diagnostics that can be widely adopted and employed to assess functional antibody levels in the returning workforce. This type of surrogate neutralization diagnostic can also be used to assess humoral immune responses induced in patients from the large number of vaccine and immunotherapy trials currently on-going. Here we describe a rapid serological diagnostic assay for determining antibody receptor blocking and demonstrate the broad utility of the assay by measuring the antibody functionality of sera from small animals and non-human primates immunized with an experimental SARS-CoV-2 vaccine and using sera from infected patients.