The development of a portfolio of SARS-CoV-2 vaccines to vaccinate the global population remains an urgent public health imperative. Here, we demonstrate the capacity of a subunit vaccine under clinical development, comprising the SARS-CoV-2 Spike protein receptor-binding domain displayed on a two-component protein nanoparticle (RBD-NP), to stimulate robust and durable neutralizing antibody (nAb) responses and protection against SARS-CoV-2 in non-human primates. We evaluated five different adjuvants combined with RBD-NP including Essai O/W 1849101, a squalene-in-water emulsion; AS03, an alpha-tocopherol-containing squalene-based oil-in-water emulsion used in pandemic influenza vaccines; AS37, a TLR-7 agonist adsorbed to Alum; CpG 1018-Alum (CpG-Alum), a TLR-9 agonist formulated in Alum; or Alum, the most widely used adjuvant. All five adjuvants induced substantial nAb and CD4 T cell responses after two consecutive immunizations. Durable nAb responses were evaluated for RBD-NP/AS03 immunization and the live-virus nAb response was durably maintained up to 154 days post-vaccination. AS03, CpG-Alum, AS37 and Alum groups conferred significant protection against SARS-CoV-2 infection in the pharynges, nares and in the bronchoalveolar lavage. The nAb titers were highly correlated with protection against infection. Furthermore, RBD-NP when used in conjunction with AS03 was as potent as the prefusion stabilized Spike immunogen, HexaPro. Taken together, these data highlight the efficacy of the RBD-NP formulated with clinically relevant adjuvants in promoting robust immunity against SARS-CoV-2 in non-human primates.

Abstract SARS-CoV-2 induces a wide range of disease severity ranging from asymptomatic infection, to a life-threating illness, particularly in the elderly and persons with comorbid conditions. Among those persons with serious COVID-19 disease, acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a common and often fatal presentation. Animal models of SARS-CoV-2 infection that manifest severe disease are needed to investigate the pathogenesis of COVID-19 induced ARDS and evaluate therapeutic strategies. Here we report ARDS in two aged African green monkeys (AGMs) infected with SARS-CoV-2 that demonstrated pathological lesions and disease similar to severe COVID-19 in humans. We also report a comparatively mild COVID-19 phenotype characterized by minor clinical, radiographic and histopathologic changes in the two surviving, aged AGMs and four rhesus macaques (RMs) infected with SARS-CoV-2. We found dramatic increases in circulating cytokines in three of four infected, aged AGMs but not in infected RMs. All of the AGMs showed increased levels of plasma IL-6 compared to baseline, a predictive marker and presumptive therapeutic target in humans infected with SARS-CoV-2 infection. Together, our results show that both RM and AGM are capable of modeling SARS-CoV-2 infection and suggest that aged AGMs may be useful for modeling severe disease manifestations including ARDS.

Abstract SARS-CoV-2 is a respiratory borne pathogenic beta coronavirus that is the source of a worldwide pandemic and the cause of multiple pathologies in man. The rhesus macaque model of COVID-19 was utilized to test the added benefit of combinatory parenteral administration of two high-affinity anti-SARS-CoV-2 monoclonal antibodies (mAbs; C144-LS and C135-LS) expressly developed to neutralize the virus and modified to extend their pharmacokinetics. After completion of kinetics study of mAbs in the primate, combination treatment was administered prophylactically to mucosal viral challenge. Results showed near complete virus neutralization evidenced by no measurable titer in mucosal tissue swabs, muting of cytokine/chemokine response, and lack of any discernable pathologic sequalae. Blocking infection was a dose-related effect, cohorts receiving lower doses (6, 2 mg/kg) resulted in low grade viral infection in various mucosal sites compared to that of a fully protective dose (20 mg/kg). A subset of animals within this cohort whose infectious challenge was delayed 75 days later after mAb administration were still protected from disease. Results indicate this combination mAb effectively blocks development of COVID-19 in the rhesus disease model and accelerates the prospect of clinical studies with this effective antibody combination.

Abstract The novel coronavirus SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19 disease, has killed over four million people worldwide as of July 2021 with infections rising again due to the emergence of highly transmissible variants. Animal models that faithfully recapitulate human disease are critical for assessing SARS-CoV-2 viral and immune dynamics, for understanding mechanisms of disease, and for testing vaccines and therapeutics. Pigtail macaques (PTM, Macaca nemestrina ) demonstrate a rapid and severe disease course when infected with simian immunodeficiency virus (SIV), including the development of severe cardiovascular symptoms that are pertinent to COVID-19 manifestations in humans. We thus proposed this species may likewise exhibit severe COVID-19 disease upon infection with SARS-CoV-2. Here, we extensively studied a cohort of SARS-CoV-2-infected PTM euthanized either 6- or 21-days after respiratory viral challenge. We show that PTM demonstrate largely mild-to-moderate COVID-19 disease. Pulmonary infiltrates were dominated by T cells, including CD4+ T cells that upregulate CD8 and express cytotoxic molecules, as well as virus-targeting T cells that were predominantly CD4+. We also noted increases in inflammatory and coagulation markers in blood, pulmonary pathologic lesions, and the development of neutralizing antibodies. Together, our data demonstrate that SARS-CoV-2 infection of PTM recapitulates important features of COVID-19 and reveals new immune and viral dynamics and thus may serve as a useful animal model for studying pathogenesis and testing vaccines and therapeutics.

Abstract The novel coronavirus SARS-CoV-2 has caused a worldwide pandemic resulting in widespread efforts in development of animal models that recapitulate human disease for evaluation of medical countermeasures, and to dissect COVID-19 immunopathogenesis. We tested whether route of experimental infection substantially changes COVID-19 disease characteristics in two species ( Macaca mulatta ; rhesus macaques; RM, Chlorocebus atheiops ; African green monkeys; AGM) of nonhuman primates. Species-specific cohorts of RM and AGM Rhesus macaques ( Macaca mulatta , RMs) and African green monkeys ( Chlorocebus aethiops, AGMs) were experimentally infected with homologous SARS-CoV-2 by either direct mucosal instillation or small particle aerosol in route-discrete subcohorts. Both species demonstrated equivalent infection initially by either exposure route although the magnitude and duration of viral loading was greater in AGMs than that of the RM. Clinical onset was nearly immediate (+1dpi) in mucosally-exposed cohorts whereas aerosol-infected animals began to show signs +7dpi. Myeloid cell responses indicative of the development of pulmonary scarring and extended lack of regenerative capacity in the pulmonary compartment was a conserved pathologic response in both species by either exposure modality. This pathological commonality may be useful in future anti-fibrosis therapeutic evaluations and expands our understanding of how SARS-CoV-2 infection leads to ARDS and functional lung damage.