Nature Communications 2: Article number: 601 (2011); Published: 20 December 2011; Updated: 19 September 2013. In the Methods section of this Article, the species of the tissue plasminogen activator secretory signal used in adenovirus vector construction was stated incorrectly and should have been given as human.

Background Pfs25 and Pvs25, surface proteins of mosquito stage of the malaria parasites P. falciparum and P. vivax, respectively, are leading candidates for vaccines preventing malaria transmission by mosquitoes. This single blinded, dose escalating, controlled Phase 1 study assessed the safety and immunogenicity of recombinant Pfs25 and Pvs25 formulated with Montanide ISA 51, a water-in-oil emulsion. Methodology/Principal Findings The trial was conducted at The Johns Hopkins Center for Immunization Research, Washington DC, USA, between May 16, 2005–April 30, 2007. The trial was designed to enroll 72 healthy male and non-pregnant female volunteers into 1 group to receive adjuvant control and 6 groups to receive escalating doses of the vaccines. Due to unexpected reactogenicity, the vaccination was halted and only 36 volunteers were enrolled into 4 groups: 3 groups of 10 volunteers each were immunized with 5 µg of Pfs25/ISA 51, 5 µg of Pvs25/ISA 51, or 20 µg of Pvs25/ISA 51, respectively. A fourth group of 6 volunteers received adjuvant control (PBS/ISA 51). Frequent local reactogenicity was observed. Systemic adverse events included two cases of erythema nodosum considered to be probably related to the combination of the antigen and the adjuvant. Significant antibody responses were detected in volunteers who completed the lowest scheduled doses of Pfs25/ISA 51. Serum anti-Pfs25 levels correlated with transmission blocking activity. Conclusion/Significance It is feasible to induce transmission blocking immunity in humans using the Pfs25/ISA 51 vaccine, but these vaccines are unexpectedly reactogenic for further development. This is the first report that the formulation is associated with systemic adverse events including erythema nodosum. Trial Registration ClinicalTrials.gov NCT00295581

BackgroundA blood-stage Plasmodium falciparum malaria vaccine would provide a second line of defence to complement partially effective or waning immunity conferred by the approved pre-erythrocytic vaccines. RH5.1 is a soluble protein vaccine candidate for blood-stage P falciparum, formulated with Matrix-M adjuvant to assess safety and immunogenicity in a malaria-endemic adult and paediatric population for the first time.MethodsWe did a non-randomised, phase 1b, single-centre, dose-escalation, age de-escalation, first-in-human trial of RH5.1/Matrix-M in Bagamoyo, Tanzania. We recruited healthy adults (aged 18–45 years) and children (aged 5–17 months) to receive the RH5.1/Matrix-M vaccine candidate in the following three-dose regimens: 10 μg RH5.1 at 0, 1, and 2 months (Adults 10M), and the higher dose of 50 μg RH5.1 at 0 and 1 month and 10 μg RH5.1 at 6 months (delayed-fractional third dose regimen; Adults DFx). Children received either 10 μg RH5.1 at 0, 1, and 2 months (Children 10M) or 10 μg RH5.1 at 0, 1, and 6 months (delayed third dose regimen; Children 10D), and were recruited in parallel, followed by children who received the dose-escalation regimen (Children DFx) and children with higher malaria pre-exposure who also received the dose-escalation regimen (High Children DFx). All RH5.1 doses were formulated with 50 μg Matrix-M adjuvant. Primary outcomes for vaccine safety were solicited and unsolicited adverse events after each vaccination, along with any serious adverse events during the study period. The secondary outcome measures for immunogenicity were the concentration and avidity of anti-RH5.1 serum IgG antibodies and their percentage growth inhibition activity (GIA) in vitro, as well as cellular immunogenicity to RH5.1. All participants receiving at least one dose of vaccine were included in the primary analyses. This trial is registered at ClinicalTrials.gov, NCT04318002, and is now complete.FindingsBetween Jan 25, 2021, and April 15, 2021, we recruited 12 adults (six [50%] in the Adults 10M group and six [50%] in the Adults DFx group) and 48 children (12 each in the Children 10M, Children 10D, Children DFx, and High Children DFx groups). 57 (95%) of 60 participants completed the vaccination series and 55 (92%) completed 22 months of follow-up following the third vaccination. Vaccinations were well-tolerated across both age groups. There were five serious adverse events involving four child participants during the trial, none of which were deemed related to vaccination. RH5-specific T cell and serum IgG antibody responses were induced by vaccination and purified total IgG showed in vitro GIA against P falciparum. We found similar functional quality (ie, GIA per μg RH5-specific IgG) across all age groups and dosing regimens at 14 days after the final vaccination; the concentration of RH5.1-specific polyclonal IgG required to give 50% GIA was 14·3 μg/mL (95% CI 13·4–15·2). 11 children were vaccinated with the delayed third dose regimen and showed the highest median anti-RH5 serum IgG concentration 14 days following the third vaccination (723 μg/mL [IQR 511–1000]), resulting in all 11 who received the full series showing greater than 60% GIA following dilution of total IgG to 2·5 mg/mL (median 88% [IQR 81–94]).InterpretationThe RH5.1/Matrix-M vaccine candidate shows an acceptable safety and reactogenicity profile in both adults and 5–17-month-old children residing in a malaria-endemic area, with all children in the delayed third dose regimen reaching a level of GIA previously associated with protective outcome against blood-stage P falciparum challenge in non-human primates. These data support onward efficacy assessment of this vaccine candidate against clinical malaria in young African children.FundingThe European and Developing Countries Clinical Trials Partnership; the UK Medical Research Council; the UK Department for International Development; the National Institute for Health and Care Research Oxford Biomedical Research Centre; the Division of Intramural Research, National Institute of Allergy and Infectious Diseases; the US Agency for International Development; and the Wellcome Trust.

ABSTRACT The development of effective malaria vaccines remains a global health priority. Currently, the most advanced vaccine, known as RTS,S, has only shown modest efficacy in clinical trials. Thus, the development of more efficacious vaccines by improving the formulation of RTS,S for increased efficacy or to interrupt malaria transmission are urgently needed. The RTS,S vaccine is based on the presentation of a fragment of the sporozoite antigen on the surface of virus-like particles (VLPs) based on human hepatitis B virus (HBV). In this study, we have developed and evaluated a novel VLP platform based on duck HBV (known as Metavax) for malaria vaccine development. This platform can incorporate large and complex proteins into VLPs and is produced in a Hansenula cell line compatible with cGMP vaccine production. Here, we have established the expression of leading P. falciparum malaria vaccine candidates as VLPs. This includes Pfs230 and Pfs25, which are candidate transmission-blocking vaccine antigens. We demonstrated that the VLPs effectively induce antibodies to malaria vaccine candidates with minimal induction of antibodies to the duck-HBV scaffold antigen. Antibodies to Pfs230 also recognised native protein on the surface of gametocytes, and antibodies to both Pfs230 and Pfs25 demonstrated transmission-reducing activity in standard membrane feeding assays. These results establish the potential utility of this VLP platform for malaria vaccines, which may be suitable for the development of multi-component vaccines that achieve high vaccine efficacy and transmission-blocking immunity.

Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (RH5) is a leading blood-stage malaria vaccine antigen target, currently in a phase 2b clinical trial as a full-length soluble protein/adjuvant vaccine candidate called RH5.1/Matrix-M. We identify that disordered regions of the full-length RH5 molecule induce non-growth inhibitory antibodies in human vaccinees and that a re-engineered and stabilized immunogen (including just the alpha-helical core of RH5) induces a qualitatively superior growth inhibitory antibody response in rats vaccinated with this protein formulated in Matrix-M adjuvant. In parallel, bioconjugation of this immunogen, termed "RH5.2," to hepatitis B surface antigen virus-like particles (VLPs) using the "plug-and-display" SpyTag-SpyCatcher platform technology also enables superior quantitative antibody immunogenicity over soluble protein/adjuvant in vaccinated mice and rats. These studies identify a blood-stage malaria vaccine candidate that may improve upon the current leading soluble protein vaccine candidate RH5.1/Matrix-M. The RH5.2-VLP/Matrix-M vaccine candidate is now under evaluation in phase 1a/b clinical trials.

Abstract Reticulocyte-binding protein homologue 5 (RH5), a leading blood-stage Plasmodium falciparum malaria vaccine target, interacts with cysteine-rich protective antigen (CyRPA) and RH5-interacting protein (RIPR) to form an essential heterotrimeric “RCR-complex”. We investigate whether RCR-complex vaccination can improve upon RH5 alone. Using monoclonal antibodies (mAbs) we show that parasite growth-inhibitory epitopes on each antigen are surface-exposed on the RCR-complex and that mAb pairs targeting different antigens can function additively or synergistically. However, immunisation of female rats with the RCR-complex fails to outperform RH5 alone due to immuno-dominance of RIPR coupled with inferior potency of anti-RIPR polyclonal IgG. We identify that all growth-inhibitory antibody epitopes of RIPR cluster within the C-terminal EGF-like domains and that a fusion of these domains to CyRPA, called “R78C”, combined with RH5, improves the level of in vitro parasite growth inhibition compared to RH5 alone. These preclinical data justify the advancement of the RH5.1 + R78C/Matrix-M™ vaccine candidate to Phase 1 clinical trial.

The highly conserved and essential Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (PfRH5) has emerged as the leading target for vaccines against the disease-causing blood stage of malaria. However, the features of the human vaccine-induced antibody response that confer highly potent inhibition of malaria parasite invasion into red blood cells are not well defined. Here, we characterize 236 human IgG monoclonal antibodies, derived from 15 donors, induced by the most advanced PfRH5 vaccine. We define the antigenic landscape of this molecule and establish that epitope specificity, antibody association rate, and intra-PfRH5 antibody interactions are key determinants of functional anti-parasitic potency. In addition, we identify a germline IgG gene combination that results in an exceptionally potent class of antibody and demonstrate its prophylactic potential to protect against P. falciparum parasite challenge in vivo. This comprehensive dataset provides a framework to guide rational design of next-generation vaccines and prophylactic antibodies to protect against blood-stage malaria.

Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (RH5) is the most advanced blood-stage malaria vaccine candidate and is being evaluated for efficacy in endemic regions, emphasizing the need to study the underlying antibody response to RH5 during natural infection, which could augment or counteract responses to vaccination. Here, we found that RH5-reactive B cells were rare, and circulating immunoglobulin G (IgG) responses to RH5 were short-lived in malaria-exposed Malian individuals, despite repeated infections over multiple years. RH5-specific monoclonal antibodies isolated from eight malaria-exposed individuals mostly targeted non-neutralizing epitopes, in contrast to antibodies isolated from five RH5-vaccinated, malaria-naive UK individuals. However, MAD8–151 and MAD8–502, isolated from two malaria-exposed Malian individuals, were among the most potent neutralizers out of 186 antibodies from both cohorts and targeted the same epitopes as the most potent vaccine-induced antibodies. These results suggest that natural malaria infection may boost RH5-vaccine-induced responses and provide a clear strategy for the development of next-generation RH5 vaccines.

Abstract An effective malaria vaccine remains a global health priority and vaccine immunogens which prevent transmission of the parasite will have important roles in multi-component vaccines. One of the most promising candidates for inclusion in a transmission-blocking malaria vaccine is the gamete surface protein Pfs48/45, which is essential for development of the parasite in the mosquito midgut. Indeed, antibodies which bind Pfs48/45 can prevent transmission if ingested with the parasite as part of the mosquito bloodmeal. Here we present the first structure of full-length Pfs48/45, revealing its three domains to form a dynamic, planar, triangular arrangement. From this, we show where transmission-blocking and non-blocking antibodies bind on Pfs48/45. Finally, we demonstrate that antibodies which bind across this molecule can be transmission-blocking. These studies will guide the development of future Pfs48/45-based vaccine immunogens.

Many infections, including malaria, are associated with an increase in autoantibodies (AAbs). Prior studies have reported an association between genetic markers of susceptibility to autoimmune disease and resistance to malaria, but the underlying mechanisms are unclear. Here, we performed a longitudinal study of children and adults (n = 602) in Mali and found that high levels of plasma AAbs before the malaria season independently predicted a reduced risk of clinical malaria in children during the ensuing malaria season. Baseline AAb seroprevalence increased with age and asymptomatic Plasmodium falciparum infection. We found that AAbs purified from the plasma of protected individuals inhibit the growth of blood-stage parasites and bind P. falciparum proteins that mediate parasite invasion. Protected individuals had higher plasma immunoglobulin G (IgG) reactivity against 33 of the 123 antigens assessed in an autoantigen microarray. This study provides evidence in support of the hypothesis that a propensity toward autoimmunity offers a survival advantage against malaria.