While the rapid development of COVID-19 vaccines has been a scientific triumph, the need remains for a globally available vaccine that provides longer-lasting immunity against present and future SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs). Here, we describe DCFHP, a ferritin-based, protein-nanoparticle vaccine candidate that, when formulated with aluminum hydroxide as the sole adjuvant (DCFHP-alum), elicits potent and durable neutralizing antisera in non-human primates against known VOCs, including Omicron BQ.1, as well as against SARS-CoV-1. Following a booster âˆ¼one year after the initial immunization, DCFHP-alum elicits a robust anamnestic response. To enable global accessibility, we generated a cell line that can enable production of thousands of vaccine doses per liter of cell culture and show that DCFHP-alum maintains potency for at least 14 days at temperatures exceeding standard room temperature. DCFHP-alum has potential as a once-yearly booster vaccine, and as a primary vaccine for pediatric use including in infants.

ABSTRACT Ebola virus causes hemorrhagic fever in humans and poses a significant threat to global public health. Although two viral vector vaccines have been approved to prevent Ebola virus disease, they are distributed in the limited ring vaccination setting and only indicated for prevention of infection from orthoebolavirus zairense (EBOV) – one of three orthoebolavirus species that have caused previous outbreaks. Ebola virus glycoprotein GP mediates viral infection and serves as the primary target of neutralizing antibodies. Here we describe a universal Ebola virus vaccine approach using structure-guided design of candidates with hyperglycosylation that aims to direct antibody responses away from variable regions and toward conserved epitopes of GP. We first determined the hyperglycosylation landscape on Ebola virus GP and used that to generate hyperglycosylated GP variants with two to four additional glycosylation sites to mask the highly variable glycan cap region. We then created vaccine candidates by displaying wild-type or hyperglycosylated GP variants on ferritin nanoparticles (Fer). Immunization with these antigens elicited potent neutralizing antisera against EBOV in mice. Importantly, we observed consistent cross-neutralizing activity against Bundibugyo virus and Sudan virus from hyperglycosylated GP-Fer with two or three additional glycans. In comparison, elicitation of cross-neutralizing antisera was rare in mice immunized with wild-type GP-Fer. These results demonstrate a potential strategy to develop universal Ebola virus vaccines that confer cross-protective immunity against existing and emerging filovirus species. SIGNIFICANCE STATEMENT Ebola virus outbreaks cause hemorrhagic fever with high mortality rates. Current viral vaccines require cold-chain storage and are distributed in limited ring vaccination settings. They are only indicated for protection against orthoebolavirus zairense (EBOV), one of three human-pathogenic Ebola virus species. Here we harness hyperglycosylation as an immunofocusing approach to design universal Ebola virus vaccine candidates based on Ebola virus glycoprotein (GP) displayed on ferritin nanoparticles (Fer). Compared with wild-type GP-Fer, immunization with hyperglycosylated GP-Fer elicited potently neutralizing antisera against EBOV, and more importantly, consistent cross-neutralizing activity against the other two orthoebolavirus species. Our work shows that immunofocusing antibody responses toward conserved and neutralizing epitopes of GP represents a promising strategy for vaccine design against antigenically diverse Ebola virus species.

Abstract The development of safe and effective second-generation COVID-19 vaccines to improve affordability and storage stability requirements remains a high priority to expand global coverage. In this report, we describe formulation development and comparability studies with a self-assembled SARS-CoV-2 spike ferritin nanoparticle vaccine antigen (called DCFHP), when produced in two different cell lines and formulated with an aluminum-salt adjuvant (Alhydrogel, AH). Varying levels of phosphate buffer altered the extent and strength of antigen-adjuvant interactions, and these formulations were evaluated for their (1) in vivo performance in mice and (2) in vitro stability profiles. Unadjuvanted DCFHP produced minimal immune responses while AH-adjuvanted formulations elicited greatly enhanced pseudovirus neutralization titers independent of ∼100%, ∼40% or ∼10% of the DCFHP antigen adsorbed to AH. These formulations differed, however, in their in vitro stability properties as determined by biophysical studies and a competitive ELISA for measuring ACE2 receptor binding of AH-bound antigen. Interestingly, after one month of 4°C storage, small increases in antigenicity with concomitant decreases in the ability to desorb the antigen from the AH were observed. Finally, we performed a comparability assessment of DCFHP antigen produced in Expi293 and CHO cells, which displayed expected differences in their N-linked oligosaccharide profiles. Despite consisting of different DCFHP glycoforms, these two preparations were highly similar in their key quality attributes including molecular size, structural integrity, conformational stability, binding to ACE2 receptor and mouse immunogenicity profiles. Taken together, these studies support future preclinical and clinical development of an AH-adjuvanted DCFHP vaccine candidate produced in CHO cells.

With the SARS-CoV-2 virus still circulating and evolving, there remains an outstanding question if variant-specific vaccines represent the optimal path forward, or if other strategies might be more efficacious towards providing broad protection against emerging variants. Here, we examine the efficacy of strain-specific variants of our previously reported, pan-sarbecovirus vaccine candidate, DCFHP-alum, a ferritin nanoparticle functionalized with an engineered form of the SARS-CoV-2 spike protein. In non-human primates, DCFHP-alum elicits neutralizing antibodies against all known VOCs that have emerged to date and SARS-CoV-1. During development of the DCFHP antigen, we investigated the incorporation of strain-specific mutations from the major VOCs that had emerged to date: D614G, Epsilon, Alpha, Beta, and Gamma. Here, we report the biochemical and immunological characterizations that led us to choose the ancestral Wuhan-1 sequence as the basis for the final DCFHP antigen design. Specifically, we show by size exclusion chromatography and differential scanning fluorimetry that mutations in the VOCs adversely alter the antigen's structure and stability. More importantly, we determined that DCFHP without strain-specific mutations elicits the most robust, cross-reactive response in both pseudovirus and live virus neutralization assays. Our data suggest potential limitations to the variant-chasing approach in the development of protein nanoparticle vaccines, but also have implications for other approaches including mRNA-based vaccines.

The receptor-binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 spike protein is the main target of neutralizing antibodies. Although they are infrequently elicited during infection or vaccination, antibodies that bind to the conformation-specific cryptic face of the RBD display remarkable breadth of binding and neutralization across