Abstract There is need for effective and affordable vaccines against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a protein nanoparticle vaccine against SARS-CoV-2. The vaccine is based on the display of coronavirus spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) on a synthetic virus-like particle (VLP) platform, SpyCatcher003-mi3, using SpyTag/SpyCatcher technology. Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induce a strong neutralising antibody response in mice and pigs that is superior to convalescent human sera. We evaluate antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we show that RBD-SpyVLP induces a polyclonal antibody response that recognises key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. Moreover, RBD-SpyVLP is thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence. The data suggests that RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic.

ABSTRACT There is dire need for an effective and affordable vaccine against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a modular virus-like particle vaccine candidate displaying the SARS-CoV-2 spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) using SpyTag/SpyCatcher technology (RBD-SpyVLP). Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induced a strong neutralising antibody response in mice and pigs that was superior to convalescent human sera. We evaluated antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we showed that RBD-SpyVLP induced a polyclonal antibody response that recognised all key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. The induction of potent and polyclonal antibody responses by RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic. Moreover, RBD-SpyVLP is highly resilient, thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence.

Abstract Clinical development of the COVID-19 vaccine candidate ChAdOx1 nCoV-19, a replication-deficient simian adenoviral vector expressing the full-length SARS-CoV-2 spike (S) protein was initiated in April 2020 following non-human primate studies using a single immunisation. Here, we compared the immunogenicity of one or two doses of ChAdOx1 nCoV-19 in both mice and pigs. Whilst a single dose induced antigen-specific antibody and T cells responses, a booster immunisation enhanced antibody responses, particularly in pigs, with a significant increase in SARS-CoV-2 neutralising titres.