Abstract mRNA technologies have recently proven clinical efficacy against coronavirus disease 2019 (COVID-19) and are among the most promising technologies to address the current pandemic. Here, we show preclinical data for our clinical candidate CVnCoV, a lipid nanoparticle encapsulated mRNA vaccine that encodes full length, pre-fusion stabilised severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) Spike protein. In contrast to previously published approaches, CVnCoV is exclusively composed of naturally occurring nucleotides. Immunisation with CVnCoV induced strong humoral responses with high titres of virus neutralizing antibodies and robust T cell responses. CVnCoV vaccination protected hamsters from challenge with wild type SARS-CoV-2, demonstrated by the absence of viral replication in the lungs. Hamsters vaccinated with a suboptimal dose of CVnCoV leading to breakthrough viral replication exhibited no evidence of vaccine enhanced disease. Overall, data presented here provide evidence that CVnCoV represents a potent and safe vaccine candidate against SARS-CoV-2.

Abstract More than two years after the emergence of SARS-CoV-2, 33 COVID-19 vaccines, based on different platforms, have been approved in 197 countries. Novel variants that are less efficiently neutralised by antibodies raised against ancestral SARS-CoV-2 are circulating, highlighting the need to adapt vaccination strategies. Here, we compare the immunogenicity of a first-generation mRNA vaccine candidate, CVnCoV, with a second-generation mRNA vaccine candidate, CV2CoV, in rats. Higher levels of spike (S) protein expression were observed in cell culture with CV2CoV mRNA than with CVnCoV mRNA. Vaccination with CV2CoV also induced higher titres of virus neutralising antibodies with accelerated kinetics in rats compared with CVnCoV. Significant cross-neutralization of the SARS-CoV-2 variants, Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), and the ‘mink’ variant (B1.1.298) that were circulating at the time in early 2021 was also demonstrated. In addition, CV2CoV induced higher levels of antibodies at lower doses than CVnCoV, suggesting that dose-sparing could be possible with the next generation SARS-CoV-2 vaccine which could improve worldwide vaccine supply.

The CVnCoV (CureVac) mRNA vaccine for SARS-CoV-2 has recently been evaluated in a phase 2b/3 efficacy trial in humans. CV2CoV is a second-generation mRNA vaccine with optimized non-coding regions and enhanced antigen expression. Here we report a head-to-head study of the immunogenicity and protective efficacy of CVnCoV and CV2CoV in nonhuman primates. We immunized 18 cynomolgus macaques with two doses of 12 ug of lipid nanoparticle formulated CVnCoV, CV2CoV, or sham (N=6/group). CV2CoV induced substantially higher binding and neutralizing antibodies, memory B cell responses, and T cell responses as compared with CVnCoV. CV2CoV also induced more potent neutralizing antibody responses against SARS-CoV-2 variants, including B.1.351 (beta), B.1.617.2 (delta), and C.37 (lambda). While CVnCoV provided partial protection against SARS-CoV-2 challenge, CV2CoV afforded robust protection with markedly lower viral loads in the upper and lower respiratory tract. Antibody responses correlated with protective efficacy. These data demonstrate that optimization of non-coding regions can greatly improve the immunogenicity and protective efficacy of an mRNA SARS-CoV-2 vaccine in nonhuman primates.

mRNA vaccines can be developed and produced quickly, making them attractive for immediate outbreak responses. Furthermore, clinical trials have demonstrated rapid protection following mRNA vaccination. We sought to investigate how quickly mRNA vaccines elicit antibody responses compared to other vaccine modalities. We first examined immune kinetics of mRNA and DNA vaccines expressing SARS-CoV-2 spike in mice. We observed rapid induction of antigen-specific binding and neutralizing antibodies by day 5 following mRNA, but not DNA, immunization. The mRNA vaccine also induced increased levels of IL-5, IL-6 and MCP-1. We then evaluated immune kinetics of an HIV-1 mRNA vaccine in comparison to DNA, protein, and rhesus adenovirus 52 (RhAd52) vaccines with the same HIV-1 envelope antigen in mice. Induction of envelope-specific antibodies was observed by day 5 following mRNA vaccination, whereas antibodies were detected by day 7-14 following DNA, protein, and RhAd52 vaccination. Eliciting rapid humoral immunity may be an advantageous property of mRNA vaccines for controlling infectious disease outbreaks.

Abstract The ongoing severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) pandemic necessitates the fast development of vaccines as the primary control option. Recently, viral mutants termed “variants of concern” (VOC) have emerged with the potential to escape host immunity. VOC B.1.351 was first discovered in South Africa in late 2020, and causes global concern due to poor neutralization with propensity to evade preexisting immunity from ancestral strains. We tested the efficacy of a spike encoding mRNA vaccine (CVnCoV) against the ancestral strain BavPat1 and the novel VOC B.1.351 in a K18-hACE2 transgenic mouse model. Naive mice and mice immunized with formalin-inactivated SARS-CoV-2 preparation were used as controls. mRNA-immunized mice developed elevated SARS-CoV-2 RBD-specific antibody as well as neutralization titers against the ancestral strain BavPat1. Neutralization titers against VOC B.1.351 were readily detectable but significantly reduced compared to BavPat1. VOC B.1.351-infected control animals experienced a delayed course of disease, yet nearly all SARS-CoV-2 challenged naïve mice succumbed with virus dissemination and high viral loads. CVnCoV vaccine completely protected the animals from disease and mortality caused by either viral strain. Moreover, SARS-CoV-2 was not detected in oral swabs, lung, or brain in these groups. Only partial protection was observed in mice receiving the formalin-inactivated virus preparation. Despite lower neutralizing antibody titers compared to the ancestral strain BavPat1, CVnCoV shows complete disease protection against the novel VOC B.1.351 in our studies.

Abstract Combining optimized spike (S) protein-encoding mRNA vaccines to target multiple SARS-CoV-2 variants could improve COVID-19 control. We compared monovalent and bivalent mRNA vaccines encoding B.1.351 (Beta) and/or B.1.617.2 (Delta) SARS-CoV-2 S-protein, primarily in a transgenic mouse model and a Wistar rat model. The low-dose bivalent mRNA vaccine contained half the mRNA of each respective monovalent vaccine, but induced comparable neutralizing antibody titres, enrichment of lung-resident memory CD8 + T cells, specific CD4 + and CD8 + responses, and fully protected transgenic mice from SARS-CoV-2 lethality. The bivalent mRNA vaccine significantly reduced viral replication in both Beta- and Delta-challenged mice. Sera from bivalent mRNA vaccine immunized Wistar rats also contained neutralizing antibodies against the B.1.1.529 (Omicron BA.1) variant. These data suggest that low-dose and fit-for-purpose multivalent mRNA vaccines encoding distinct S-proteins is a feasible approach for increasing the potency of vaccines against emerging and co-circulating SARS-CoV-2 variants.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) Omicron and its subvariants (BA.2, BA.4, BA.5) represent the most commonly circulating variants of concern (VOC) in the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic in 2022. Despite high vaccination rates with approved SARS-CoV-2 vaccines encoding the ancestral spike (S) protein, these Omicron subvariants have collectively resulted in increased viral transmission and disease incidence. This necessitates the development and characterization of vaccines incorporating later emerging S proteins to enhance protection against VOC. In this context, bivalent vaccine formulations may induce broad protection against VOC and potential future SARS-CoV-2 variants. Here, we report preclinical data for a lipid nanoparticle (LNP)-formulated RNActive® N1-methylpseudouridine (N1mΨ) modified mRNA vaccine (CV0501) based on our second-generation SARS-CoV-2 vaccine CV2CoV, encoding the S protein of Omicron BA.1. The immunogenicity of CV0501, alone or in combination with a corresponding vaccine encoding the ancestral S protein (ancestral N1mΨ), was first measured in dose-response and booster immunization studies performed in Wistar rats. Both monovalent CV0501 and bivalent CV0501/ancestral N1mΨ immunization induced robust neutralizing antibody titers against the BA.1, BA.2 and BA.5 Omicron subvariants, in addition to other SARS-CoV-2 variants in a booster immunization study. The protective efficacy of monovalent CV0501 against live SARS-CoV-2 BA.2 infection was then assessed in hamsters. Monovalent CV0501 significantly reduced SARS-CoV-2 BA.2 viral loads in the airways, demonstrating protection induced by CV0501 vaccination. CV0501 has now advanced into human Phase 1 clinical trials ( ClinicalTrials.gov Identifier: NCT05477186 ).