Abstract The COVID-19 pandemic continues to spread throughout the world with an urgent need for a safe and protective vaccine to effectuate herd immunity to control the spread of SARS-CoV-2. Here, we report the development of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) produced from the full-length spike (S) protein, stabilized in the prefusion conformation. Purified NVX-CoV2373 S form 27.2nm nanoparticles that are thermostable and bind with high affinity to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. In mice and baboons, low-dose NVX-CoV2373 with saponin-based Matrix-M adjuvant elicits high titer anti-S IgG that is associated with blockade of hACE2 receptor binding, virus neutralization, and protection against SARS-CoV-2 challenge in mice with no evidence of vaccine-associated enhanced respiratory disease (VAERD). NVX-CoV2373 vaccine also elicits multifunctional CD4 + and CD8 + T cells, CD4 + T follicular helper T cells (Tfh), and the generation of antigen-specific germinal center (GC) B cells in the spleen. These results support the ongoing phase 1/2 clinical evaluation of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2327 with Matrix-M ( NCT04368988 ).

Recently approved vaccines have already shown remarkable protection in limiting SARS-CoV-2 associated disease. However, immunologic mechanism(s) of protection, as well as how boosting alters immunity to wildtype and newly emerging strains, remain incompletely understood. Here we deeply profiled the humoral immune response in a cohort of non-human primates immunized with a stable recombinant full-length SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein (NVX-CoV2373) at two dose levels, administered as a single or two-dose regimen with a saponin-based adjuvant Matrix-M™. While antigen dose had some effect on Fc-effector profiles, both antigen dose and boosting significantly altered overall titers, neutralization and Fc-effector profiles, driving unique vaccine-induced antibody fingerprints. Combined differences in antibody effector functions and neutralization were strongly associated with distinct levels of protection in the upper and lower respiratory tract, pointing to the presence of combined, but distinct, compartment-specific neutralization and Fc-mechanisms as key determinants of protective immunity against infection. Moreover, NVX-CoV2373 elicited antibodies functionally target emerging SARS-CoV-2 variants, collectively pointing to the critical collaborative role for Fab and Fc in driving maximal protection against SARS-CoV-2. Collectively, the data presented here suggest that a single dose may prevent disease, but that two doses may be essential to block further transmission of SARS-CoV-2 and emerging variants.NVX-CoV2373 subunit vaccine elicits receptor blocking, virus neutralizing antibodies, and Fc-effector functional antibodies.The vaccine protects against respiratory tract infection and virus shedding in non-human primates (NHPs).Both neutralizing and Fc-effector functions contribute to protection, potentially through different mechanisms in the upper and lower respiratory tract.Both macaque and human vaccine-induced antibodies exhibit altered Fc-receptor binding to emerging mutants.

Vaccine efforts against the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) responsible for the current COVID-19 pandemic are focused on SARS-CoV-2 spike glycoprotein, the primary target for neutralizing antibodies. Here, we performed cryo-EM and site-specific glycan analysis of one of the leading subunit vaccine candidates from Novavax based on a full-length spike protein formulated in polysorbate 80 (PS 80) detergent. Our studies reveal a stable prefusion conformation of the spike immunogen with slight differences in the S1 subunit compared to published spike ectodomain structures. Interestingly, we also observed novel interactions between the spike trimers allowing formation of higher order spike complexes. This study confirms the structural integrity of the full-length spike protein immunogen and provides a basis for interpreting immune responses to this multivalent nanoparticle immunogen.

Omicron SARS-CoV-2 variants escape vaccine-induced neutralizing antibodies and cause nearly all current COVID-19 cases. Here, we compared the efficacy of three booster vaccines against Omicron BA.5 challenge in rhesus macaques: mRNA-1273, the Novavax ancestral spike protein vaccine (NVX-CoV2373), or Omicron BA.1 spike protein version (NVX-CoV2515). All three booster vaccines induced a strong BA.1 cross-reactive binding antibody and changed immunoglobulin G (Ig) dominance from IgG1 to IgG4 in the serum. All three booster vaccines also induced strong and comparable neutralizing antibody responses against multiple variants of concern, including BA.5 and BQ.1.1, along with long-lived plasma cells in the bone marrow. The ratio of BA.1 to WA-1 spike-specific antibody-secreting cells in the blood was higher in NVX-CoV2515 animals compared with NVX-CoV2373 animals, suggesting a better recall of BA.1-specific memory B cells by the BA.1 spike-specific vaccine compared with the ancestral spike-specific vaccine. Further, all three booster vaccines induced low levels of spike-specific CD4 but not CD8 T cell responses in the blood. After challenge with SARS-CoV-2 BA.5 variant, all three vaccines showed strong protection in the lungs and controlled virus replication in the nasopharynx. In addition, both Novavax vaccines blunted viral replication in nasopharynx at day 2. The protection against SARS-CoV-2 BA.5 infection in the upper respiratory airways correlated with binding, neutralizing, and ADNP activities of the serum antibody. These data have important implications for COVID-19 vaccine development, because vaccines that lower nasopharyngeal virus may help to reduce transmission.

ABSTRACT There is an urgent need for a safe and protective vaccine to control the global spread of SARS-CoV-2 and prevent COVID-19. Here, we report the immunogenicity and protective efficacy of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) produced from the full-length SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein stabilized in the prefusion conformation. Cynomolgus macaques ( Macaca fascicularis ) immunized with NVX-CoV2373 and the saponin-based Matrix-M adjuvant induced anti-S antibody that was neutralizing and blocked binding to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. Following intranasal and intratracheal challenge with SARS-CoV-2, immunized macaques were protected against upper and lower infection and pulmonary disease. These results support ongoing phase 1/2 clinical studies of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2327 vaccine ( NCT04368988 ). Highlights Full-length SARS-CoV-2 prefusion spike with Matrix-M1™ (NVX-CoV2373) vaccine. Induced hACE2 receptor blocking and neutralizing antibodies in macaques. Vaccine protected against SARS-CoV-2 replication in the nose and lungs. Absence of pulmonary pathology in NVX-CoV2373 vaccinated macaques.

Abstract The 2019 outbreak of a severe respiratory disease caused by an emerging coronavirus, SARS-CoV-2, has spread globally with high morbidity and mortality. Co-circulating seasonal influenza has greatly diminished recently, but expected to return with novel strains emerging, thus requiring annual strain adjustments. We have developed a recombinant hemagglutinin (HA) quadrivalent nanoparticle influenza vaccine (qNIV) produced using an established recombinant insect cell expression system to produce nanoparticles. Influenza qNIV adjuvanted with Matrix-M was well-tolerated and induced robust antibody and cellular responses, notably against both homologous and drifted A/H3N2 viruses in Phase 1, 2, and 3 trials. We also developed a full-length SARS-CoV-2 spike protein vaccine which is stable in the prefusion conformation (NVX-CoV2373) using the same platform technology. In phase 3 clinical trials, NVX-CoV2373 is highly immunogenic and protective against the prototype strain and B.1.1.7 variant. Here we describe the immunogenicity and efficacy of a combination quadrivalent seasonal flu and COVID-19 vaccine (qNIV/CoV2373) in ferret and hamster models. The combination qNIV/CoV2373 vaccine produces high titer influenza hemagglutination inhibiting (HAI) and neutralizing antibodies against influenza A and B strains. The combination vaccine also elicited antibodies that block SARS-CoV-2 spike protein binding to the human angiotensin converting enzyme-2 (hACE2) receptor. Significantly, hamsters immunized with qNIV/CoV2373 vaccine and challenged with SARS-CoV-2 were protected against weight loss and were free of replicating SARS-CoV-2 in the upper and lower respiratory tract with no evidence of viral pneumonia. This study supports evaluation of qNIV/CoV2373 combination vaccine as a preventive measure for seasonal influenza and CoVID-19. Highlights Combination qNIV/CoV2373 vaccine induced protective hemagglutination inhibition (HAI) responses to seasonal influenza A and B unchanged when formulated with recombinant spike. Combination qNIV/CoV2373 vaccine maintained clinical and virologic protection against experimental challenge with SARS-CoV-2. Combination qNIV/CoV2373 vaccine showed no clinical or histological sign of enhanced disease following experimental challenge with SARS-CoV-2. Combination qNIV/CoV2373 vaccine induced antibodies against SARS-CoV-2 neutralizing epitopes common between US-WA and B.1.352 variant.

Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) continues to spread globally. As SARS-CoV-2 has transmitted from person to person, variant viruses have emerged with elevated transmission rates and higher risk of infection for vaccinees. We present data showing that a recombinant prefusion-stabilized Spike (rS) protein based on the B.1.351 sequence (rS-B.1.351) was highly immunogenic in mice and produced neutralizing antibodies against SARS-CoV-2/WA1, B.1.1.7, and B.1.351. Mice vaccinated with our prototype vaccine NVX-CoV2373 (rS-WU1) or rS-B.1.351 alone, in combination, or as a heterologous prime boost, were protected when challenged with live SARS-CoV-2/B.1.1.7 or SARS-CoV-2/B.1.351. Virus titer was reduced to undetectable levels in the lungs post-challenge in all vaccinated mice, and Th1-skewed cellular responses were observed. A strong anamnestic response was demonstrated in baboons boosted with rS-B.1.351 approximately one year after immunization with NVX-CoV2373 (rS-WU1). An rS-B.1.351 vaccine alone or in combination with prototype rS-WU1 induced protective antibody- and cell-mediated responses that were protective against challenge with SARS-CoV-2 variant viruses.

Abstract Human respiratory syncytial virus (RSV) is a significant cause of lower respiratory tract infection in infants, young children, and older adults. There is no licensed vaccine and prophylactic treatment options are limited and not widely available in developing countries with the greatest disease burden. The RSV fusion (F) glycoprotein is a primary target of host immunity and thus a major focus for vaccine development. The native F glycoprotein structure is flexible and undergoes significant rearrangements from the metastable prefusion to a stable postfusion structure with neutralizing epitopes on intermediate structures. We hypothesize trimeric vaccine strategies that recapitulate the breathable F quaternary structure, and provide accessibility of B-cells to epitopes on intermediate conformations, may collectively contribute to protective immunity, while ridge prefusion F structures restrict access to key protective epitopes. To test this hypothesis, we used the near full-length native prefusogenic F as a backbone to construct three prefusion F variants with substitutions in the hydrophobic head cavity: 1) disulfide bond double mutant (DS), 2) space filling hydrophobic amino acid substitutions (Cav1), and 3) DS plus Cav1 substitutions (DS-Cav1). In this study, we compared the immunogenicity of prefusogenic F to the immunogenicity of the prefusion F variants in two animal models. Native prefusogenic F was significantly more immunogenic producing high titer antibodies to prefusogenic, prefusion, and postfusion F structures compared to animals immunized with prefusion F DS or DS-Cav1. Importantly, native prefusogenic F elicited antibodies that targeted neutralizing epitopes including prefusion-specific site zero (Ø) and V as well as conformation-independent neutralizing sites II and IV. Immunization with prefusion F DS or DS-Cav1 elicited antibodies primarily targeting antigenic sites Ø and V with little or no detectable antibodies to other key neutralizing sites. Animals immunized with native prefusogenic F also had significantly higher neutralizing antibodies that cross-neutralized RSV A and B subtypes while immunization with DS or DS-Cav1 elicited neutralizing antibodies primarily to the A subtype. We conclude that breathable trimeric vaccines that closely mimic the native F-structure, and incorporate strategies for B-cell accessibility to protective epitopes, are important considerations for vaccine design. F structures locked in a single conformation restrict B-cell access to neutralizing epitopes that may collectively contribute to destabilizing F-trimers important for broad protection. These results also have implications for vaccine strategies targeting other type 1 integral membrane proteins.

Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2 (SARS-CoV-2), the causative agent of Coronavirus disease 2019 (COVID-19), emerged in Wuhan, China, in December 2019. As of October 2022, there have been over 625 million confirmed cases of COVID-19, including over 6.5 million deaths. Epidemiological studies have indicated that comorbidities of obesity and diabetes mellitus are associated with increased morbidity and mortality following SARS-CoV-2 infection. We determined how the comorbidities of obesity and diabetes affect morbidity and mortality following SARS-CoV-2 infection in unvaccinated and adjuvanted spike nanoparticle (NVX-CoV2373) vaccinated mice. We find that obese/diabetic mice infected with SARS-CoV-2 have increased morbidity and mortality compared to age matched normal mice. Mice fed a high-fat diet (HFD) then vaccinated with NVX-CoV2373 produce equivalent neutralizing antibody titers to those fed a normal diet (ND). However, the HFD mice have reduced viral clearance early in infection. Analysis of the inflammatory immune response in HFD mice demonstrates a recruitment of neutrophils that was correlated with increased mortality and reduced clearance of the virus. Depletion of neutrophils in diabetic/obese vaccinated mice reduced disease severity and protected mice from lethality. This model recapitulates the increased disease severity associated with obesity and diabetes in humans with COVID-19 and is an important comorbidity to study with increasing obesity and diabetes across the world.

SUMMARY The emergence of SARS-CoV-2 variants with greater transmissibility or immune evasion properties has jeopardized the existing vaccine and antibody-based countermeasures. Here, we evaluated the efficacy of boosting with the protein nanoparticle NVX-CoV2373 or NVX-CoV2540 vaccines containing ancestral or BA.5 S proteins, respectively, in mRNA-immunized pre-immune hamsters, against challenge with the Omicron BA.5 variant of SARS-CoV-2. Serum antibody binding and neutralization titers were quantified before challenge, and viral loads were measured 3 days after challenge. Compared to an mRNA vaccine boost, NVX-CoV2373 or NVX-CoV2540 induced higher serum antibody binding responses against ancestral Wuhan-1 or BA.5 spike proteins, and greater neutralization of Omicron BA.1 and BA.5 variants. One and three months after vaccine boosting, hamsters were challenged with the Omicron BA.5 variant. NVX-CoV2373 and NVX-CoV2540 boosted hamsters showed reduced viral infection in the nasal washes, nasal turbinates, and lungs compared to unvaccinated animals. Also, NVX-CoV2540 BA.5 boosted animals had fewer breakthrough infections than NVX-CoV2373 or mRNA-vaccinated hamsters. Thus, immunity induced by NVX-CoV2373 or NVX-CoV2540 boosting can protect against the Omicron BA.5 variant in the Syrian hamster model. IMPORTANCE As SARS-CoV-2 variants continue to emergence, the efficacy of prior and updated COVID-19 vaccines need to be tested. Here, we tested the efficacy of two nanoparticle protein-based vaccines in pre-immune hamsters against a challenge with the BA.5 Omicron variant of SARS-CoV-2. Compared to an mRNA vaccine boost, the nanoparticle vaccine NVX-CoV2373 and NVX-CoV2540 induced higher serum antibody binding and neutralization responses against ancestral Wuhan-1 or BA.5 variants. One and three months after the last immunization, hamsters were challenged with the Omicron BA.5 variant. NVX-CoV2373 and NVX-CoV2540 boosted hamsters showed reduced viral infection in the nasal washes, nasal turbinates, and lungs compared to unvaccinated animals. Animals that received the homologous vaccine, NVX-CoV2540, had fewer breakthrough infections than NVX-CoV2373 or mRNA-vaccinated hamsters. Together, our data shows that the BA.5 nanoparticle vaccine is effective and that it is important to update the COVID-19 vaccine to match currently circulating strains of SARS-CoV-2.