The development of a portfolio of COVID-19 vaccines to vaccinate the global population remains an urgent public health imperative1. Here we demonstrate the capacity of a subunit vaccine, comprising the SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding domain displayed on an I53-50 protein nanoparticle scaffold (hereafter designated RBD–NP), to stimulate robust and durable neutralizing-antibody responses and protection against SARS-CoV-2 in rhesus macaques. We evaluated five adjuvants including Essai O/W 1849101, a squalene-in-water emulsion; AS03, an α-tocopherol-containing oil-in-water emulsion; AS37, a Toll-like receptor 7 (TLR7) agonist adsorbed to alum; CpG1018-alum, a TLR9 agonist formulated in alum; and alum. RBD–NP immunization with AS03, CpG1018-alum, AS37 or alum induced substantial neutralizing-antibody and CD4 T cell responses, and conferred protection against SARS-CoV-2 infection in the pharynges, nares and bronchoalveolar lavage. The neutralizing-antibody response to live virus was maintained up to 180 days after vaccination with RBD–NP in AS03 (RBD–NP-AS03), and correlated with protection from infection. RBD–NP immunization cross-neutralized the B.1.1.7 SARS-CoV-2 variant efficiently but showed a reduced response against the B.1.351 variant. RBD–NP-AS03 produced a 4.5-fold reduction in neutralization of B.1.351 whereas the group immunized with RBD–NP-AS37 produced a 16-fold reduction in neutralization of B.1.351, suggesting differences in the breadth of the neutralizing-antibody response induced by these adjuvants. Furthermore, RBD–NP-AS03 was as immunogenic as a prefusion-stabilized spike immunogen (HexaPro) with AS03 adjuvant. These data highlight the efficacy of the adjuvanted RBD–NP vaccine in promoting protective immunity against SARS-CoV-2 and have led to phase I/II clinical trials of this vaccine (NCT04742738 and NCT04750343). Trials in rhesus macaques show that a subunit vaccine against SARS-CoV-2, comprising the spike protein receptor-binding domain displayed on a nanoparticle protein scaffold, produces a robust protective response against the virus.

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.

Omicron SARS-CoV-2 variants escape vaccine-induced neutralizing antibodies and cause nearly all current COVID-19 cases. Here, we compared the efficacy of three booster vaccines against Omicron BA.5 challenge in rhesus macaques: mRNA-1273, the Novavax ancestral spike protein vaccine (NVX-CoV2373), or Omicron BA.1 spike protein version (NVX-CoV2515). All three booster vaccines induced a strong BA.1 cross-reactive binding antibody and changed immunoglobulin G (Ig) dominance from IgG1 to IgG4 in the serum. All three booster vaccines also induced strong and comparable neutralizing antibody responses against multiple variants of concern, including BA.5 and BQ.1.1, along with long-lived plasma cells in the bone marrow. The ratio of BA.1 to WA-1 spike-specific antibody-secreting cells in the blood was higher in NVX-CoV2515 animals compared with NVX-CoV2373 animals, suggesting a better recall of BA.1-specific memory B cells by the BA.1 spike-specific vaccine compared with the ancestral spike-specific vaccine. Further, all three booster vaccines induced low levels of spike-specific CD4 but not CD8 T cell responses in the blood. After challenge with SARS-CoV-2 BA.5 variant, all three vaccines showed strong protection in the lungs and controlled virus replication in the nasopharynx. In addition, both Novavax vaccines blunted viral replication in nasopharynx at day 2. The protection against SARS-CoV-2 BA.5 infection in the upper respiratory airways correlated with binding, neutralizing, and ADNP activities of the serum antibody. These data have important implications for COVID-19 vaccine development, because vaccines that lower nasopharyngeal virus may help to reduce transmission.

Abstract Although antivirals are important tools to control the SARS-CoV-2 infection, effective vaccines are essential to control the current pandemic. Plant-derived virus-like particle (VLP) vaccine candidates have previously demonstrated immunogenicity and efficacy against influenza. Here we report the immunogenicity and protection induced in macaques by intramuscular injections of VLP bearing SARS-CoV-2 spike protein (CoVLP) vaccine candidate formulated with or without Adjuvant System 03 (AS03) or cytosine phosphoguanine (CpG) 1018. Although a single dose of unadjuvanted CoVLP vaccine candidate stimulated humoral and cell-mediated immune responses, booster immunization (at 28 days after prime) and adjuvants significantly improved both responses with a higher immunogenicity and protection provided by AS03 adjuvanted CoVLP. Fifteen microgram CoVLP adjuvanted with AS03 induced a balanced IL-2 driven response along with IL-4 expression in CD4 T cells and mobilization of CD4 follicular helper cells (Tfh). Animals were challenged by multiple routes (i.e. intratracheal, intranasal and ocular) with a total viral dose of 10 6 plaque forming units of SARS-CoV-2. Lower viral replication in nasal swabs and broncho-alveolar lavage (BAL) as well as fewer SARS-CoV-2 infected cells and immune cell infiltrates in the lungs concomitant with reduced levels of pro-inflammatory cytokines and chemotactic factors in BAL were observed in the animals immunized with CoVLP adjuvanted with AS03. No clinical, pathologic or virologic evidences of vaccine associated enhanced disease (VAED) were observed in vaccinated animals. CoVLP adjuvanted with AS03 was therefore selected for vaccine development and clinical trials.

Summary Despite the remarkable efficacy of COVID-19 vaccines, waning immunity, and the emergence of SARS-CoV-2 variants such as Omicron represents a major global health challenge. Here we present data from a study in non-human primates demonstrating durable protection against the Omicron BA.1 variant induced by a subunit SARS-CoV-2 vaccine, consisting of RBD (receptor binding domain) on the I53-50 nanoparticle, adjuvanted with AS03, currently in Phase 3 clinical trial ( NCT05007951 ). Vaccination induced robust neutralizing antibody (nAb) titers that were maintained at high levels for at least one year after two doses (Pseudovirus nAb GMT: 2207, Live-virus nAb GMT: 1964) against the ancestral strain, but not against Omicron. However, a booster dose at 6-12 months with RBD-Wu or RBD-β (RBD from the Beta variant) displayed on I53-50 elicited equivalent and remarkably high neutralizing titers against the ancestral as well as the Omicron variant. Furthermore, there were substantial and persistent memory T and B cell responses reactive to Beta and Omicron variants. Importantly, vaccination resulted in protection against Omicron infection in the lung (no detectable virus in any animal) and profound suppression of viral burden in the nares (median peak viral load of 7567 as opposed to 1.3×10 7 copies in unvaccinated animals) at 6 weeks post final booster. Even at 6 months post vaccination, there was significant protection in the lung (with 7 out of 11 animals showing no viral load, 3 out of 11 animals showing ~20-fold lower viral load than unvaccinated controls) and rapid control of virus in the nares. These results highlight the durable cross-protective immunity elicited by the AS03-adjuvanted RBD-I53-50 nanoparticle vaccine platform.

Abstract The COVID-19 pandemic resulted from global infection by the SARS-CoV-2 coronavirus and rapidly emerged as an urgent health issue requiring effective treatments. To initiate infection, the Spike protein of SARS-CoV-2 requires proteolytic processing mediated by host proteases. Among the host proteases proposed to carry out this activation is the cysteine protease cathepsin L. Inhibiting cathepsin L has been proposed as a therapeutic strategy for treating COVID-19. SLV213 (K777) is an orally administered small molecule protease inhibitor that exhibits in vitro activity against a range of viruses, including SARS-CoV-2. To confirm efficacy in vivo , K777 was evaluated in an African green monkey (AGM) model of COVID-19. A pilot experiment was designed to test K777 in a prophylactic setting, animals were pre-treated with 100mg/kg K777 (N=4) or vehicle (N=2) before inoculation with SARS-CoV-2. Initial data demonstrated that K777 treatment reduced pulmonary pathology compared to vehicle-treated animals. A second study was designed to test activity in a therapeutic setting, with K777 treatment (33 mg/kg or 100 mg/kg) initiated 8 hours after exposure to the virus. In both experiments, animals received K777 daily via oral gavage for 7 days. Vehicle-treated animals exhibited higher lung weights, pleuritis, and diffuse alveolar damage. In contrast, lung pathology was reduced in K777-treated monkeys, and histopathological analyses confirmed the lack of diffuse alveolar damage. Antiviral effects were further demonstrated by quantitative reductions in viral load of samples collected from upper and lower airways. These preclinical data support the potential for early SLV213 treatment in COVID-19 patients to prevent severe lung pathology and disease progression.

Abstract Background Bacillus Calmette–Guérin (BCG) is a vaccine used to protect against tuberculosis primarily in infants to stop early infection in areas of the world where the disease is endemic. Normally administered as a percutaneous injection, BCG is a live, significantly attenuated bacteria that is now being investigated for its potential within an inhalable vaccine formulation. This work investigates the feasibility and performance of four jet and ultrasonic nebulizers aerosolizing BCG and the resulting particle characteristics and residual viability of the bacteria post-aerosolization. Methods A jet nebulizer (Collison) outfitted either with a 3- or 6-jet head, was compared to two clinical nebulizers, the vibrating mesh Omron MicroAir and Aerogen Solo devices. Particle characteristics, including aerodynamic particle sizing, was performed on all devices within a common aerosol chamber configuration and comparable BCG innocula concentrations. Integrated aerosol samples were collected for each generator and assayed for bacterial viability using conventional microbiological technique. Results and Conclusions A batch lot of BCG (Danish) was grown to titer and used in all generator assessments. Aerosol particles within the respirable range were generated from all nebulizers at four different concentrations of BCG. The jet nebulizers produced a uniformly smaller particle size than the ultrasonic devices, although particle concentrations by mass were similar across all devices tested with the exception of the Aerogen Solo, which resulted in a very low concentration of BCG aerosols. The resulting measured viable BCG aerosol concentration fraction produced by each device approximated one another; however, a measurable decrease of efficiency and overall viability reduction in the jet nebulizer was observed in higher BCG inoculum starting concentrations, whereas the vibrating mesh nebulizer returned a remarkably stable viable aerosol fraction irrespective of inoculum concentration.

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.