CD4+ T cells have a crucial role in mediating protection against a variety of pathogens through production of specific cytokines. However, substantial heterogeneity in CD4+ T-cell cytokine responses has limited the ability to define an immune correlate of protection after vaccination. Here, using multiparameter flow cytometry to assess the immune responses after immunization, we show that the degree of protection against Leishmania major infection in mice is predicted by the frequency of CD4+ T cells simultaneously producing interferon-γ, interleukin-2 and tumor necrosis factor. Notably, multifunctional effector cells generated by all vaccines tested are unique in their capacity to produce high amounts of interferon-γ. These data show that the quality of a CD4+ T-cell cytokine response can be a crucial determinant in whether a vaccine is protective, and may provide a new and useful prospective immune correlate of protection for vaccines based on T-helper type 1 (TH1) cells.

Vaccines to prevent coronavirus disease 2019 (Covid-19) are urgently needed. The effect of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines on viral replication in both upper and lower airways is important to evaluate in nonhuman primates.Nonhuman primates received 10 or 100 μg of mRNA-1273, a vaccine encoding the prefusion-stabilized spike protein of SARS-CoV-2, or no vaccine. Antibody and T-cell responses were assessed before upper- and lower-airway challenge with SARS-CoV-2. Active viral replication and viral genomes in bronchoalveolar-lavage (BAL) fluid and nasal swab specimens were assessed by polymerase chain reaction, and histopathological analysis and viral quantification were performed on lung-tissue specimens.The mRNA-1273 vaccine candidate induced antibody levels exceeding those in human convalescent-phase serum, with live-virus reciprocal 50% inhibitory dilution (ID50) geometric mean titers of 501 in the 10-μg dose group and 3481 in the 100-μg dose group. Vaccination induced type 1 helper T-cell (Th1)-biased CD4 T-cell responses and low or undetectable Th2 or CD8 T-cell responses. Viral replication was not detectable in BAL fluid by day 2 after challenge in seven of eight animals in both vaccinated groups. No viral replication was detectable in the nose of any of the eight animals in the 100-μg dose group by day 2 after challenge, and limited inflammation or detectable viral genome or antigen was noted in lungs of animals in either vaccine group.Vaccination of nonhuman primates with mRNA-1273 induced robust SARS-CoV-2 neutralizing activity, rapid protection in the upper and lower airways, and no pathologic changes in the lung. (Funded by the National Institutes of Health and others.).

An attenuated Plasmodium falciparum (Pf) sporozoite (SPZ) vaccine, PfSPZ Vaccine, is highly protective against controlled human malaria infection (CHMI) 3 weeks after immunization, but the durability of protection is unknown. We assessed how vaccine dosage, regimen, and route of administration affected durable protection in malaria-naive adults. After four intravenous immunizations with 2.7 × 10(5) PfSPZ, 6/11 (55%) vaccinated subjects remained without parasitemia following CHMI 21 weeks after immunization. Five non-parasitemic subjects from this dosage group underwent repeat CHMI at 59 weeks, and none developed parasitemia. Although Pf-specific serum antibody levels correlated with protection up to 21-25 weeks after immunization, antibody levels waned substantially by 59 weeks. Pf-specific T cell responses also declined in blood by 59 weeks. To determine whether T cell responses in blood reflected responses in liver, we vaccinated nonhuman primates with PfSPZ Vaccine. Pf-specific interferon-γ-producing CD8 T cells were present at ∼100-fold higher frequencies in liver than in blood. Our findings suggest that PfSPZ Vaccine conferred durable protection to malaria through long-lived tissue-resident T cells and that administration of higher doses may further enhance protection.

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. Here, nonhuman primates (NHPs) received either no vaccine or doses ranging from 0.3 to 100 μg of the mRNA-1273 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccine. mRNA-1273 vaccination elicited circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs after SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and most strongly correlated with levels of anti–S antibody and neutralizing activity. Lower antibody levels were needed for reduction of viral replication in the lower airway than in the upper airway. Passive transfer of mRNA-1273–induced immunoglobulin G to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Thus, mRNA-1273 vaccine–induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 in NHPs.

Significance A highly effective malaria vaccine capable of long-term protection against genetically diverse strains is urgently needed. Here, we demonstrate that a three-dose regimen of a live attenuated whole-parasite malaria vaccine conferred durable sterile protection through 33 weeks in ∼50% of subjects against a controlled human malaria infection strain that is heterologous to the vaccine strain. Prior studies by others and us have shown that T cells are critical to mediating sterile protection after live-attenuated malaria vaccination. Here, we provide evidence that this Plasmodium falciparum sporozoite vaccine (PfSPZ Vaccine) induces antigen-specific IFN-γ-producing CD8 and CD4 T cells that recognize both the homologous and the heterologous Pf strain.

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. The nonhuman primate (NHP) model of SARS-CoV-2 infection replicates key features of human infection and may be used to define immune correlates of protection following vaccination. Here, NHP received either no vaccine or doses ranging from 0.3 - 100 μg of mRNA-1273, a mRNA vaccine encoding the prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike (S-2P) protein encapsulated in a lipid nanoparticle. mRNA-1273 vaccination elicited robust circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs following SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and was most strongly correlated with levels of anti-S antibody binding and neutralizing activity. Consistent with antibodies being a correlate of protection, passive transfer of vaccine-induced IgG to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Taken together, these data show that mRNA-1273 vaccine-induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 infection in NHP.mRNA-1273 vaccine-induced antibody responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 infection in NHP.

Summary SARS-CoV-2 Omicron is highly transmissible and has substantial resistance to antibody neutralization following immunization with ancestral spike-matched vaccines. It is unclear whether boosting with Omicron-specific vaccines would enhance immunity and protection. Here, nonhuman primates that received mRNA-1273 at weeks 0 and 4 were boosted at week 41 with mRNA-1273 or mRNA-Omicron. Neutralizing antibody titers against D614G were 4760 and 270 reciprocal ID 50 at week 6 (peak) and week 41 (pre-boost), respectively, and 320 and 110 for Omicron. Two weeks after boost, titers against D614G and Omicron increased to 5360 and 2980, respectively, for mRNA-1273 and 2670 and 1930 for mRNA-Omicron. Following either boost, 70-80% of spike-specific B cells were cross-reactive against both WA1 and Omicron. Significant and equivalent control of virus replication in lower airways was observed following either boost. Therefore, an Omicron boost may not provide greater immunity or protection compared to a boost with the current mRNA-1273 vaccine.

Adjuvanted soluble protein vaccines have been used extensively in humans for protection against various viral infections based on their robust induction of antibody responses. Here, soluble prefusion-stabilized spike trimers (preS dTM) from the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV-2) were formulated with the adjuvant AS03 and administered twice to nonhuman primates (NHP). Binding and functional neutralization assays and systems serology revealed that NHP developed AS03-dependent multi-functional humoral responses that targeted multiple spike domains and bound to a variety of antibody FC receptors mediating effector functions in vitro. Pseudovirus and live virus neutralizing IC50 titers were on average greater than 1000 and significantly higher than a panel of human convalescent sera. NHP were challenged intranasally and intratracheally with a high dose (3×106 PFU) of SARS-CoV-2 (USA-WA1/2020 isolate). Two days post-challenge, vaccinated NHP showed rapid control of viral replication in both the upper and lower airways. Notably, vaccinated NHP also had increased spike-specific IgG antibody responses in the lung as early as 2 days post challenge. Moreover, vaccine-induced IgG mediated protection from SARS-CoV-2 challenge following passive transfer to hamsters. These data show that antibodies induced by the AS03-adjuvanted preS dTM vaccine are sufficient to mediate protection against SARS-CoV-2 and support the evaluation of this vaccine in human clinical trials.

ABSTRACT Background Vaccine efficacy against the B.1.351 variant following mRNA-1273 vaccination in humans has not been determined. Nonhuman primates (NHP) are a useful model for demonstrating whether mRNA-1273 mediates protection against B.1.351. Methods Nonhuman primates received 30 or 100 µg of mRNA-1273 as a prime-boost vaccine at 0 and 4 weeks, a single immunization of 30 µg at week 0, or no vaccine. Antibody and T cell responses were assessed in blood, bronchioalveolar lavages (BAL), and nasal washes. Viral replication in BAL and nasal swabs were determined by qRT-PCR for sgRNA, and histopathology and viral antigen quantification were performed on lung tissue post-challenge. Results Eight weeks post-boost, 100 µg x2 of mRNA-1273 induced reciprocal ID 50 neutralizing geometric mean titers against live SARS-CoV-2 D614G and B.1.351 of 3300 and 240, respectively, and 430 and 84 for the 30 µg x2 group. There were no detectable neutralizing antibodies against B.1351 after the single immunization of 30 µg. On day 2 following B.1.351 challenge, sgRNA in BAL was undetectable in 6 of 8 NHP that received 100 µg x2 of mRNA-1273, and there was a ∼2-log reduction in sgRNA in NHP that received two doses of 30 µg compared to controls. In nasal swabs, there was a 1-log 10 reduction observed in the 100 µg x2 group. There was limited inflammation or viral antigen in lungs of vaccinated NHP post-challenge. Conclusions Immunization with two doses of mRNA-1273 achieves effective immunity that rapidly controls lower and upper airway viral replication against the B.1.351 variant in NHP.

ABSTRACT Neutralizing antibody responses gradually wane after vaccination with mRNA-1273 against several variants of concern (VOC), and additional boost vaccinations may be required to sustain immunity and protection. Here, we evaluated the immune responses in nonhuman primates that received 100 µg of mRNA-1273 vaccine at 0 and 4 weeks and were boosted at week 29 with mRNA-1273 (homologous) or mRNA-1273.β (heterologous), which encompasses the spike sequence of the B.1.351 (beta or β) variant. Reciprocal ID 50 pseudovirus neutralizing antibody geometric mean titers (GMT) against live SARS-CoV-2 D614G and the β variant, were 4700 and 765, respectively, at week 6, the peak of primary response, and 644 and 553, respectively, at a 5-month post-vaccination memory time point. Two weeks following homologous or heterologous boost β-specific reciprocal ID 50 GMT were 5000 and 3000, respectively. At week 38, animals were challenged in the upper and lower airway with the β variant. Two days post-challenge, viral replication was low to undetectable in both BAL and nasal swabs in most of the boosted animals. These data show that boosting with the homologous mRNA-1273 vaccine six months after primary immunization provides up to a 20-fold increase in neutralizing antibody responses across all VOC, which may be required to sustain high-level protection against severe disease, especially for at-risk populations. One-sentence summary mRNA-1273 boosted nonhuman primates have increased immune responses and are protected against SARS-CoV-2 beta infection.