A feature of many successful vaccines is the induction of memory B cells and long-lived plasma cells that can secrete neutralizing antibodies for a lifetime. The mechanisms that stimulate such persistent responses remain poorly understood. Bali Pulendran and colleagues show that nanoparticles containing two Toll-like receptor ligands, proteins with important roles in innate immunity, can boost the magnitude and persistence of vaccine-elicited antibody responses in primates, improving vaccine-mediated protection against influenza virus. Here it is shown that nanoparticles containing two Toll-like receptor ligands can boost the magnitude and persistence of vaccine-elicited antibody responses in primates, improving vaccine-mediated protection against influenza virus. Many successful vaccines induce persistent antibody responses that can last a lifetime. The mechanisms by which they do so remain unclear, but emerging evidence indicates that they activate dendritic cells via Toll-like receptors (TLRs)1,2. For example, the yellow fever vaccine YF-17D, one of the most successful empiric vaccines ever developed3, activates dendritic cells via multiple TLRs to stimulate proinflammatory cytokines4,5. Triggering specific combinations of TLRs in dendritic cells can induce synergistic production of cytokines6, which results in enhanced T-cell responses, but its impact on antibody responses remain unknown. Learning the critical parameters of innate immunity that program such antibody responses remains a major challenge in vaccinology. Here we demonstrate that immunization of mice with synthetic nanoparticles containing antigens plus ligands that signal through TLR4 and TLR7 induces synergistic increases in antigen-specific, neutralizing antibodies compared to immunization with nanoparticles containing antigens plus a single TLR ligand. Consistent with this there was enhanced persistence of germinal centres and of plasma-cell responses, which persisted in the lymph nodes for >1.5 years. Surprisingly, there was no enhancement of the early short-lived plasma-cell response relative to that observed with single TLR ligands. Molecular profiling of activated B cells, isolated 7 days after immunization, indicated that there was early programming towards B-cell memory. Antibody responses were dependent on direct triggering of both TLRs on B cells and dendritic cells, as well as on T-cell help. Immunization protected completely against lethal avian and swine influenza virus strains in mice, and induced robust immunity against pandemic H1N1 influenza in rhesus macaques.

Systems approaches have been used to describe molecular signatures driving immunity to influenza vaccination in humans. Whether such signatures are similar across multiple seasons and in diverse populations is unknown. We applied systems approaches to study immune responses in young, elderly, and diabetic subjects vaccinated with the seasonal influenza vaccine across five consecutive seasons. Signatures of innate immunity and plasmablasts correlated with and predicted influenza antibody titers at 1 month after vaccination with >80% accuracy across multiple seasons but were not associated with the longevity of the response. Baseline signatures of lymphocyte and monocyte inflammation were positively and negatively correlated, respectively, with antibody responses at 1 month. Finally, integrative analysis of microRNAs and transcriptomic profiling revealed potential regulators of vaccine immunity. These results identify shared vaccine-induced signatures across multiple seasons and in diverse populations and might help guide the development of next-generation vaccines that provide persistent immunity against influenza.

ABSTRACT Humoral immune responses are thought to play a major role in dengue virus-induced immunopathology; however, little is known about the plasmablasts producing these antibodies during an ongoing infection. Herein we present an analysis of plasmablast responses in patients with acute dengue virus infection. We found very potent plasmablast responses that often increased more than 1,000-fold over the baseline levels in healthy volunteers. In many patients, these responses made up as much 30% of the peripheral lymphocyte population. These responses were largely dengue virus specific and almost entirely made up of IgG-secreting cells, and plasmablasts reached very high numbers at a time after fever onset that generally coincided with the window where the most serious dengue virus-induced pathology is observed. The presence of these large, rapid, and virus-specific plasmablast responses raises the question as to whether these cells might have a role in dengue immunopathology during the ongoing infection. These findings clearly illustrate the need for a detailed understanding of the repertoire and specificity of the antibodies that these plasmablasts produce.

ABSTRACT A diverse portfolio of SARS-CoV-2 vaccine candidates is needed to combat the evolving COVID-19 pandemic. Here, we developed a subunit nanovaccine by conjugating SARS-CoV-2 Spike protein receptor binding domain (RBD) to the surface of oxidation-sensitive polymersomes. We evaluated the humoral and cellular responses of mice immunized with these surface-decorated polymersomes (RBD surf ) compared to RBD-encapsulated polymersomes (RBD encap ) and unformulated RBD (RBD free ), using monophosphoryl lipid A-encapsulated polymersomes (MPLA PS) as an adjuvant. While all three groups produced high titers of RBD-specific IgG, only RBD surf elicited a neutralizing antibody response to SARS-CoV-2 comparable to that of human convalescent plasma. Moreover, RBD surf was the only group to significantly increase the proportion of RBD-specific germinal center B cells in the vaccination-site draining lymph nodes. Both RBD surf and RBD encap drove similarly robust CD4 + and CD8 + T cell responses that produced multiple Th1-type cytokines. We conclude that multivalent surface display of Spike RBD on polymersomes promotes a potent neutralizing antibody response to SARS-CoV-2, while both antigen formulations promote robust T cell immunity.

ABSTRACT The SARS-CoV-2 virus has caused an unprecedented global crisis, and curtailing its spread requires an effective vaccine which elicits a diverse and robust immune response. We have previously shown that vaccines made of a polymeric glyco-adjuvant conjugated to an antigen were effective in triggering such a response in other disease models and hypothesized that the technology could be adapted to create an effective vaccine against SARS-CoV-2. The core of the vaccine platform is the copolymer p(Man-TLR7), composed of monomers with pendant mannose or a toll-like receptor 7 (TLR7) agonist. Thus, p(Man-TLR7) is designed to target relevant antigen-presenting cells (APCs) via mannose-binding receptors and then activate TLR7 upon endocytosis. The p(Man-TLR7) construct is amenable to conjugation to protein antigens such as the Spike protein of SARS-CoV-2, yielding Spike-p(Man-TLR7). Here, we demonstrate Spike-p(Man-TLR7) vaccination elicits robust antigen-specific cellular and humoral responses in mice. In adult and elderly wild-type mice, vaccination with Spike-p(Man-TLR7) generates high and long-lasting titers of anti-Spike IgGs, with neutralizing titers exceeding levels in convalescent human serum. Interestingly, adsorbing Spike-p(Man-TLR7) to the depot-forming adjuvant alum, amplified the broadly neutralizing humoral responses to levels matching those in mice vaccinated with formulations based off of clinically-approved adjuvants. Additionally, we observed an increase in germinal center B cells, antigen-specific antibody secreting cells, activated T follicular helper cells, and polyfunctional Th1-cytokine producing CD4 + and CD8 + T cells. We conclude that Spike-p(Man-TLR7) is an attractive, next-generation subunit vaccine candidate, capable of inducing durable and robust antibody and T cell responses.