Abstract The search for vaccines that protect from severe morbidity and mortality because of infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2), the virus that causes coronavirus disease 2019 (COVID‐19) is a race against the clock and the virus. Here we describe an amphiphilic imidazoquinoline (IMDQ‐PEG‐CHOL) TLR7/8 adjuvant, consisting of an imidazoquinoline conjugated to the chain end of a cholesterol‐poly(ethylene glycol) macromolecular amphiphile. It is water‐soluble and exhibits massive translocation to lymph nodes upon local administration through binding to albumin, affording localized innate immune activation and reduction in systemic inflammation. The adjuvanticity of IMDQ‐PEG‐CHOL was validated in a licensed vaccine setting (quadrivalent influenza vaccine) and an experimental trimeric recombinant SARS‐CoV‐2 spike protein vaccine, showing robust IgG2a and IgG1 antibody titers in mice that could neutralize viral infection in vitro and in vivo in a mouse model.

The search for vaccines that protect from severe morbidity and mortality as a result of infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the virus that causes coronavirus disease 2019 (COVID-19) is a race against the clock and the virus. Several vaccine candidates are currently being tested in the clinic. Inactivated virus and recombinant protein vaccines can be safe options but may require adjuvants to induce robust immune responses efficiently. In this work we describe the use of a novel amphiphilic imidazoquinoline (IMDQ-PEG-CHOL) TLR7/8 adjuvant, consisting of an imidazoquinoline conjugated to the chain end of a cholesterol-poly(ethylene glycol) macromolecular amphiphile). This amphiphile is water soluble and exhibits massive translocation to lymph nodes upon local administration, likely through binding to albumin. IMDQ-PEG-CHOL is used to induce a protective immune response against SARS-CoV-2 after single vaccination with trimeric recombinant SARS-CoV-2 spike protein in the BALB/c mouse model. Inclusion of amphiphilic IMDQ-PEG-CHOL in the SARS-CoV-2 spike vaccine formulation resulted in enhanced immune cell recruitment and activation in the draining lymph node. IMDQ-PEG-CHOL has a better safety profile compared to native soluble IMDQ as the former induces a more localized immune response upon local injection, preventing systemic inflammation. Moreover, IMDQ-PEG-CHOL adjuvanted vaccine induced enhanced ELISA and in vitro microneutralization titers, and a more balanced IgG2a/IgG1 response. To correlate vaccine responses with control of virus replication in vivo, vaccinated mice were challenged with SARS-CoV-2 virus after being sensitized by intranasal adenovirus-mediated expression of the human angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) gene. Animals vaccinated with trimeric recombinant spike protein vaccine without adjuvant had lung virus titers comparable to non-vaccinated control mice, whereas animals vaccinated with IMDQ-PEG-CHOL-adjuvanted vaccine controlled viral replication and infectious viruses could not be recovered from their lungs at day 4 post infection. In order to test whether IMDQ-PEG-CHOL could also be used to adjuvant vaccines currently licensed for use in humans, proof of concept was also provided by using the same IMDQ-PEG-CHOL to adjuvant human quadrivalent inactivated influenza virus split vaccine, which resulted in enhanced hemagglutination inhibition titers and a more balanced IgG2a/IgG1 antibody response. Enhanced influenza vaccine responses correlated with better virus control when mice were given a lethal influenza virus challenge. Our results underscore the potential use of IMDQ-PEG-CHOL as an adjuvant to achieve protection after single immunization with recombinant protein and inactivated virus vaccines against respiratory viruses, such as SARS-CoV-2 and influenza viruses.

Abstract The search for vaccines that protect from severe morbidity and mortality because of infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2), the virus that causes coronavirus disease 2019 (COVID‐19) is a race against the clock and the virus. Here we describe an amphiphilic imidazoquinoline (IMDQ‐PEG‐CHOL) TLR7/8 adjuvant, consisting of an imidazoquinoline conjugated to the chain end of a cholesterol‐poly(ethylene glycol) macromolecular amphiphile. It is water‐soluble and exhibits massive translocation to lymph nodes upon local administration through binding to albumin, affording localized innate immune activation and reduction in systemic inflammation. The adjuvanticity of IMDQ‐PEG‐CHOL was validated in a licensed vaccine setting (quadrivalent influenza vaccine) and an experimental trimeric recombinant SARS‐CoV‐2 spike protein vaccine, showing robust IgG2a and IgG1 antibody titers in mice that could neutralize viral infection in vitro and in vivo in a mouse model.

Angewandte Chemie International Edition is one of the prime chemistry journals in the world, publishing research articles, highlights, communications and reviews across all areas of chemistry.

The strategic engagement of innate immunity is a promising avenue for cancer treatment. Antibody-recruiting molecules (ARMs) direct endogenous antibodies to target tumor sites, eliciting innate immune effector killing responses. In this study, we report the synthesis of ARMs by employing solid-phase peptoid synthesis to construct three libraries of antibody-recruiting oligomers. Using dinitrophenyl (DNP) as a model hapten and alkyl lipid chains for cell surface anchoring, we tailored oligomers with variations in valency and spatial configuration. Among these, an oligomer design featuring DNP connected to the oligomer backbone through an extended PEG linker and flanked by two lipid motifs emerged as the most effective in antibody recruitment in vitro. This oligomer was further functionalized to include an imidazoquinoline, creating a trifunctional hapten-lipid-TLR7/8 agonist oligomer, and a parallel variant was conjugated with rhodamine, resulting in a trifunctional hapten-lipid-dye oligomer. Upon intratumorally administration in a murine model, these oligomers induced localized immune activation within tumors. Subsequent ex vivo analysis of single-cell suspensions from excised tumors confirmed the enhanced binding of anti-DNP antibodies. These findings underscore the potential of custom-designed ARMs in orchestrating precise immune-mediated tumor targeting and highlight the adaptability of solid-phase synthesis in oligomer design for the design of multifunctional antibody recruiting molecules.

The authors wish to make the following corrections to this Research Article: In Figure 1 and the table of content picture, the structure of the cholesteryl motif lacked a methyl group. The correct Figure 1 is shown below. (A) Molecular structure of (A1) IMDQ-PEG-CHOL and (A2) IMDQ-PEG. Conjugation was performed by amide bond formation between respectively cholesterylamine and PEG and PEG and IMDQ. (B) Schematic representation of albumin hitchhiking-mediated lymphatic transportation. The sentence “Furthermore, compared to IMDQ-PEG, IMDQ-PEG was more potent in inducing NF-kB activation in a reporter cell line (Figure 2 D), while being non-toxic within the tested experimental window (Figure 2 E)” should be replaced by “Furthermore, compared to IMDQ-PEG, IMDQ-PEG-CHOL was more potent in inducing NF-κB activation in a reporter cell line (Figure 2 D), while being non-toxic within the tested experimental window (Figure 2 E)”. The sentence: “Whereas non-immunized mice evidently did not show any detectable spike protein-specific titers in their sera, immunization with S protein induced Spike protein-specific titers in all groups (Figure 5 B), also shown as area under the curve (AUC) titers in Supplementary Figure 54” should be replaced by “‘Whereas non-immunized mice evidently did not show any detectable spike protein-specific titers in their sera, immunization with S protein induced Spike protein-specific titers in all groups (Figure 5 B), also shown as area under the curve (AUC) titers in Supplementary Figure S5”. In Figure 3 A the panels corresponding to the IMDQ-PEG-CHOL and IMDQ (but not IMDQ-PEG) groups were mistakenly copied from a previous manuscript of our group.1 Note that in analogy to our findings in Ref. [1], conjugation of IMDQ to an amphiphilic lipid-polymer carrier, again appeared crucial for mediating lymphatic translocation as the non-amphiphilic IMDQ-PEG induced very limited activity in the draining lymph node. The correct Figure 3 is shown below. (A) Bioluminescence images of luciferase reporter mice (IFNβ+/Δβ-luc); images taken 4, 24 and 48 h post footpad injection of IMDQ-PEG-CHOL, IMDQ-PEG and native IMDQ. (B1) Confocal microscopy images of lymph node tissue sections 48 h post subcutaneous injection of Cyanine5-PEG-CHOL, respectively Cyanine5-PEG, into the footpad of mice. Scale bar represents 100 micron. (B2) Flow cytometry analysis of the draining popliteal lymph node 48 h post subcutaneous injection of Cyanine5-PEG-CHOL, respectively Cyanine5-PEG into the footpad of mice. (n=3, mean + SD; Student's t-test: ****: p<0.0001) (C) Translocation of Cyanine5-PEG-CHOL to the draining popliteal lymph node analyzed 24 h post injection into the footpad, measured by flow cytometry. (n=6, mean + SD) (D) Flow cytometry analysis of the innate immune response in the draining popliteal lymph node 24 h post injection of IMDQ-PEG-CHOL into the footpad (D1) Relative increase in innate immune cell subsets, B and T cell numbers relative to a naïve control and (D2) maturation/activation of innate immune cell subsets, B and T cells (n=6, mean + SD; Student's t-test: ****: p<0.0001). In Figure 5, the panels A and B were mistakenly deleted in the original manuscript. The correct Figure 5 is shown below. IMDQ-PEG-CHOL induces a balanced neutralizing antibody response to SARS-CoV-2 infection. (A) Outline of the Spike protein vaccination and SARS-CoV-2 challenge. (B) ELISA titers (titers are expressed on the X axis as the reciprocal of the dilution factor) for total IgG, IgG1 and IgG2a and IgG2a/IgG1 ratio (based on the AUC (OD at 450nm) curve of the individual serum samples) in mice sera collected 3 weeks post-vaccination. (C) Control versus vaccinated sera examined for presence of virus-neutralizing antibodies by microneutralization assay, using 100 tissue culture infectious dose 50 (TCID50) of SARS-CoV-2 virus. The outcome is represented as a percentage inhibition of viral growth in (C1) and as the half maximal inhibitory concentration IC50 calculated by a non-linear regression analysis of percentage inhibition curve in (C2). (D) Viral lung titers represented as Plaque-forming-unit (PFU)/mL (geometric mean with geometric SD). The Ad5-hACE2 transduced mice were challenged with 5x104 PFU of SARS-CoV-2 and the lungs were harvested on day-4 post infection. Figure S3 in the Supporting Information has been expanded with ROI (=region of interest) designation on the bioluminescence images and a table containing the individual photon flux values from the draining popliteal lymph node and the whole body of the animals. Note that the “quantification of the total photon flux from the draining popliteal lymph node and the whole body, and the ratio of both” was performed on the correct images, also in the original manuscript. A revised Supporting Information is available online along with this Corrigendum. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.