Abstract The COVID-19 pandemic caused by the novel coronavirus SARS-CoV-2 is a worldwide health emergency. The immense damage done to public health and economies has prompted a global race for cures and vaccines. In developing a COVID-19 vaccine, we applied technology previously used for MERS-CoV to produce a prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike protein by adding two proline substitutions at the top of the central helix (S-2P). To enhance immunogenicity and mitigate the potential vaccine-induced immunopathology, CpG 1018, a Th1-biasing synthetic toll-like receptor 9 (TLR9) agonist was selected as an adjuvant candidate. S-2P was combined with various adjuvants, including CpG 1018, and administered to mice to test its effectiveness in eliciting anti-SARS-CoV-2 neutralizing antibodies. S-2P in combination with CpG 1018 and aluminum hydroxide (alum) was found to be the most potent immunogen and induced high titer of spike-specific antibodies in sera of immunized mice. The neutralizing abilities in pseudotyped lentivirus reporter or live wild-type SARS-CoV-2 were measured with reciprocal inhibiting dilution (ID 50 ) titers of 5120 and 2560, respectively. In addition, the antibodies elicited were able to cross-neutralize pseudovirus containing the spike protein of the D614G variant, indicating the potential for broad spectrum protection. A marked Th-1 dominant response was noted from cytokines secreted by splenocytes of mice immunized with CpG 1018 and alum. No vaccine-related serious adverse effects were found in the dose-ranging study in rats administered single- or two-dose regimens with up to 50 μg of S-2P combined with CpG 1018 alone or CpG 1018 with alum. These data support continued development of CHO-derived S-2P formulated with CpG 1018/alum as a candidate vaccine to prevent COVID-19 disease.

Abstract The COVID-19 pandemic presents an unprecedented challenge to global public health. Rapid development and deployment of safe and effective vaccines are imperative to control the pandemic. In the current study, we applied our adjuvanted stable prefusion SARS-CoV-2 spike (S-2P)-based vaccine, MVC-COV1901, to hamster models to demonstrate immunogenicity and protection from virus challenge. Golden Syrian hamsters immunized intramuscularly with two injections of 1 µg or 5 µg of S-2P adjuvanted with CpG 1018 and aluminum hydroxide (alum) were challenged intranasally with SARS-CoV-2. Prior to virus challenge, the vaccine induced high levels of neutralizing antibodies with 10,000-fold higher IgG level and an average of 50-fold higher pseudovirus neutralizing titers in either dose groups than vehicle or adjuvant control groups. Six days after infection, vaccinated hamsters did not display any weight loss associated with infection and had significantly reduced lung pathology and most importantly, lung viral load levels were reduced to lower than detection limit compared to unvaccinated animals. Vaccination with either 1 μg or 5 μg of adjuvanted S-2P produced comparable immunogenicity and protection from infection. This study builds upon our previous results to support the clinical development of MVC-COV1901 as a safe, highly immunogenic, and protective COVID-19 vaccine.

Abstract The current fight against COVID-19 is compounded by the Variants of Concern (VoCs), which can diminish the effectiveness of vaccines and potentially increase viral transmission and severity of disease. MVC-COV1901 is a protein subunit vaccine based on the prefusion SARS-CoV-2 spike protein (S-2P) and is adjuvanted with CpG 1018 and aluminum hydroxide. In this study, we used the Delta variant to challenge hamsters inoculated with S-2P from the Wuhan wildtype and the Beta variant in two-dose or three-dose regimens. Two doses of wildtype S-2P followed by the third dose of Beta variant was shown to induce the highest neutralizing antibody titer against live SARS-CoV-2 of the wildtype and all current VoCs, as well as improved neutralization against Omicron variant pseudovirus compared to three doses of wildtype S-P. All regimens of vaccination were able to protect hamsters from SARS-CoV-2 Delta variant challenge and resulted in reduced lung live virus titer and pathology. Three doses of vaccination also significantly reduced lung viral RNA titer, regardless of whether the wildtype or Beta variant S-2P was used as the third dose. Based on the immunogenicity and viral challenge data, two doses of wildtype S-2P followed by the third dose of Beta variant S-2P induced potent antibody immune responses against the VoCs.

Abstract With the rapid progress made in the development of vaccines to fight the SARS-CoV-2 pandemic, almost >90% of vaccine candidates under development and a 100% of the licensed vaccines are delivered intramuscularly (IM). While these vaccines are highly efficacious against COVID-19 disease, their efficacy against SARS-CoV-2 infection of upper respiratory tract and transmission is at best temporary. Development of safe and efficacious vaccines that are able to induce robust mucosal and systemic immune responses are needed to control new variants. In this study, we have used our nanoemulsion adjuvant (NE01) to intranasally (IN) deliver stabilized spike protein (S-2P) to induce immunogenicity in mouse and hamster models. Data presented demonstrate the induction of robust immunity in mice resulting in 100% seroconversion and protection against SARS-CoV-2 in a hamster challenge model. There was a significant induction of mucosal immune responses as demonstrated by IgA- and IgG-producing memory B cells in the lungs of animals that received intranasal immunizations compared to an alum adjuvanted intramuscular vaccine. The efficacy of the S-2P/NE01 vaccine was also demonstrated in an intranasal hamster challenge model with SARS-CoV-2 and conferred significant protection against weight loss, lung pathology, and viral clearance from both upper and lower respiratory tract. Our findings demonstrate that intranasal NE01-adjuvanted vaccine promotes protective immunity against SARS-CoV-2 infection and disease through activation of three arms of immune system: humoral, cellular, and mucosal, suggesting that an intranasal SARS-CoV-2 vaccine may play a role in addressing a unique public health problem and unmet medical need.

Abstract Intramuscular vaccines have greatly reduced hospitalization and death due to severe COVID-19. However, most countries are experiencing a resurgence of infection driven predominantly by the Delta and Omicron variants of SARS-CoV-2. In response, booster dosing of COVID-19 vaccines has been implemented in many countries to address waning immunity and reduced protection against the variants. However, intramuscular boosting fails to elicit mucosal immunity and therefore does not solve the problem of persistent viral carriage and transmission, even in patients protected from severe disease. In this study, two doses of stabilized prefusion SARS-CoV-2 spike (S-2P)-based intramuscular vaccine adjuvanted with Alum/CpG1018, MVC-COV1901, were used as a primary vaccination series, followed by an intranasal booster vaccination with nanoemulsion (NE01)-adjuvanted S-2P vaccine in a hamster model to demonstrate immunogenicity and protection from viral challenge. Here we report that this vaccination regimen resulted not only in the induction of robust immunity and protection against weight loss and lung pathology following challenge with SARS-CoV-2, but also led to increased viral clearance from both upper and lower respiratory tracts. Our findings showed that intramuscular MVC-COV1901 vaccine followed by a booster with intranasal NE01-adjuvanted vaccine promotes protective immunity against both viral infection and disease, suggesting that this immunization protocol may offer a solution in addressing a significant, unmet medical need for both the COVID-19 and future pandemics.

Abstract The dominance of SARS-CoV-2 variants of concern (VoC), such as the Omicron subvariants, is a threat to the current vaccination scheme due to increased resistance to immune neutralization and greater transmissibility. To develop the next generation of prefusion SARS-CoV-2 spike protein (S-2P) subunit vaccine adjuvanted with CpG1018 and aluminum hydroxide, mice immunized with two doses of the adjuvanted ancestral Wuhan strain (W) followed by the third dose of the W or Omicron variants (BA.1 or BA.4/BA.5) S-2P, or a combination of the above bivalent S-2Ps. Antisera from mice were tested against pseudovirus neutralization assay of ancestral SARS-CoV-2 (WT) and Omicron BA.4/BA.5 subvariant. Boosting with bivalent mixture of Omicron BA.4/BA.5 and W S-2P achieved the highest neutralizing antibody titers against BA.4/BA.5 subvariant pseudovirus compared to other types of S-2P as boosters.