A safe and effective vaccine against COVID-19 is urgently needed in quantities that are sufficient to immunize large populations. Here we report the preclinical development of two vaccine candidates (BNT162b1 and BNT162b2) that contain nucleoside-modified messenger RNA that encodes immunogens derived from the spike glycoprotein (S) of SARS-CoV-2, formulated in lipid nanoparticles. BNT162b1 encodes a soluble, secreted trimerized receptor-binding domain (known as the RBD–foldon). BNT162b2 encodes the full-length transmembrane S glycoprotein, locked in its prefusion conformation by the substitution of two residues with proline (S(K986P/V987P); hereafter, S(P2) (also known as P2 S)). The flexibly tethered RBDs of the RBD–foldon bind to human ACE2 with high avidity. Approximately 20% of the S(P2) trimers are in the two-RBD 'down', one-RBD 'up' state. In mice, one intramuscular dose of either candidate vaccine elicits a dose-dependent antibody response with high virus-entry inhibition titres and strong T-helper-1 CD4+ and IFNγ+CD8+ T cell responses. Prime–boost vaccination of rhesus macaques (Macaca mulatta) with the BNT162b candidates elicits SARS-CoV-2-neutralizing geometric mean titres that are 8.2–18.2× that of a panel of SARS-CoV-2-convalescent human sera. The vaccine candidates protect macaques against challenge with SARS-CoV-2; in particular, BNT162b2 protects the lower respiratory tract against the presence of viral RNA and shows no evidence of disease enhancement. Both candidates are being evaluated in phase I trials in Germany and the USA1–3, and BNT162b2 is being evaluated in an ongoing global phase II/III trial (NCT04380701 and NCT04368728). BNT162b1 and BNT162b2 are two candidate mRNA vaccines against COVID-19 that elicit high virus-entry inhibition titres in mice, elicit high virus-neutralizing titres in rhesus macaques and protect macaques from SARS-CoV-2 challenge.

In order to gain entry into cells, diverse viruses, including Ebola virus, SARS-coronavirus and the emerging MERS-coronavirus, depend on activation of their envelope glycoproteins by host cell proteases. The respective enzymes are thus excellent targets for antiviral intervention. In cell culture, activation of Ebola virus, as well as SARS- and MERS-coronavirus can be accomplished by the endosomal cysteine proteases, cathepsin L (CTSL) and cathepsin B (CTSB). In addition, SARS- and MERS-coronavirus can use serine proteases localized at the cell surface, for their activation. However, it is currently unclear which protease(s) facilitate viral spread in the infected host. We report here that the cysteine protease inhibitor K11777, ((2S)-N-[(1E,3S)-1-(benzenesulfonyl)-5-phenylpent-1-en-3-yl]-2-{[(E)-4-methylpiperazine-1-carbonyl]amino}-3-phenylpropanamide) and closely-related vinylsulfones act as broad-spectrum antivirals by targeting cathepsin-mediated cell entry. K11777 is already in advanced stages of development for a number of parasitic diseases, such as Chagas disease, and has proven to be safe and effective in a range of animal models. K11777 inhibition of SARS-CoV and Ebola virus entry was observed in the sub-nanomolar range. In order to assess whether cysteine or serine proteases promote viral spread in the host, we compared the antiviral activity of an optimized K11777-derivative with that of camostat, an inhibitor of TMPRSS2 and related serine proteases. Employing a pathogenic animal model of SARS-CoV infection, we demonstrated that viral spread and pathogenesis of SARS-CoV is driven by serine rather than cysteine proteases and can be effectively prevented by camostat. Camostat has been clinically used to treat chronic pancreatitis, and thus represents an exciting potential therapeutic for respiratory coronavirus infections. Our results indicate that camostat, or similar serine protease inhibitors, might be an effective option for treatment of SARS and potentially MERS, while vinyl sulfone-based inhibitors are excellent lead candidates for Ebola virus therapeutics.

An urgent global quest for effective therapies to prevent and treat coronavirus disease 2019 (COVID-19) is ongoing. We previously described REGN-COV2, a cocktail of two potent neutralizing antibodies (REGN10987 and REGN10933) that targets nonoverlapping epitopes on the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike protein. In this report, we evaluate the in vivo efficacy of this antibody cocktail in both rhesus macaques, which may model mild disease, and golden hamsters, which may model more severe disease. We demonstrate that REGN-COV-2 can greatly reduce virus load in the lower and upper airways and decrease virus-induced pathological sequelae when administered prophylactically or therapeutically in rhesus macaques. Similarly, administration in hamsters limits weight loss and decreases lung titers and evidence of pneumonia in the lungs. Our results provide evidence of the therapeutic potential of this antibody cocktail.

Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease would benefit from validated small animal models. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2 transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2 transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 6. K18 hACE2 transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

Highly infectious illness caused by pathogens is endemic especially in developing nations where there is limited laboratory infrastructure and trained personnel. Rapid point-of-care (POC) serological assays with minimal sample manipulation and low cost are desired in clinical practice. In this study, we report an automated POC system for Ebola RNA detection with RNA-guided RNA endonuclease Cas13a, utilizing its collateral RNA degradation after its activation. After automated microfluidic mixing and hybridization, nonspecific cleavage products of Cas13a are immediately measured by a custom integrated fluorometer which is small in size and convenient for in-field diagnosis. Within 5 min, a detection limit of 20 pfu/mL (5.45 × 107 copies/mL) of purified Ebola RNA is achieved. This isothermal and fully solution-based diagnostic method is rapid, amplification-free, simple, and sensitive, thus establishing a key technology toward a useful POC diagnostic platform.

Monoclonal antibodies against SARS-CoV-2 are a clinically validated therapeutic option against COVID-19. Because rapidly emerging virus mutants are becoming the next major concern in the fight against the global pandemic, it is imperative that these therapeutic treatments provide coverage against circulating variants and do not contribute to development of treatment-induced emergent resistance. To this end, we investigated the sequence diversity of the spike protein and monitored emergence of virus variants in SARS-COV-2 isolates found in COVID-19 patients treated with the two-antibody combination REGEN-COV, as well as in preclinical in vitro studies using single, dual, or triple antibody combinations, and in hamster in vivo studies using REGEN-COV or single monoclonal antibody treatments. Our study demonstrates that the combination of non-competing antibodies in REGEN-COV provides protection against all current SARS-CoV-2 variants of concern/interest and also protects against emergence of new variants and their potential seeding into the population in a clinical setting.

Abstract Recently approved vaccines have already shown remarkable protection in limiting SARS-CoV-2 associated disease. However, immunologic mechanism(s) of protection, as well as how boosting alters immunity to wildtype and newly emerging strains, remain incompletely understood. Here we deeply profiled the humoral immune response in a cohort of non-human primates immunized with a stable recombinant full-length SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein (NVX-CoV2373) at two dose levels, administered as a single or two-dose regimen with a saponin-based adjuvant Matrix-M™. While antigen dose had some effect on Fc-effector profiles, both antigen dose and boosting significantly altered overall titers, neutralization and Fc-effector profiles, driving unique vaccine-induced antibody fingerprints. Combined differences in antibody effector functions and neutralization were strongly associated with distinct levels of protection in the upper and lower respiratory tract, pointing to the presence of combined, but distinct, compartment-specific neutralization and Fc-mechanisms as key determinants of protective immunity against infection. Moreover, NVX-CoV2373 elicited antibodies functionally target emerging SARS-CoV-2 variants, collectively pointing to the critical collaborative role for Fab and Fc in driving maximal protection against SARS-CoV-2. Collectively, the data presented here suggest that a single dose may prevent disease, but that two doses may be essential to block further transmission of SARS-CoV-2 and emerging variants. Highlights NVX-CoV2373 subunit vaccine elicits receptor blocking, virus neutralizing antibodies, and Fc-effector functional antibodies. The vaccine protects against respiratory tract infection and virus shedding in non-human primates (NHPs). Both neutralizing and Fc-effector functions contribute to protection, potentially through different mechanisms in the upper and lower respiratory tract. Both macaque and human vaccine-induced antibodies exhibit altered Fc-receptor binding to emerging mutants.

Abstract An urgent global quest for effective therapies to prevent and treat COVID-19 disease is ongoing. We previously described REGN-COV2, a cocktail of two potent neutralizing antibodies (REGN10987+REGN10933) targeting non-overlapping epitopes on the SARS-CoV-2 spike protein. In this report, we evaluate the in vivo efficacy of this antibody cocktail in both rhesus macaques and golden hamsters and demonstrate that REGN-COV-2 can greatly reduce virus load in lower and upper airway and decrease virus induced pathological sequalae when administered prophylactically or therapeutically. Our results provide evidence of the therapeutic potential of this antibody cocktail.

The emergence of novel severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) variants stresses the continued need for next-generation vaccines that confer broad protection against coronavirus disease 2019 (COVID-19). We developed and evaluated an adjuvanted SARS-CoV-2 Spike Ferritin Nanoparticle (SpFN) vaccine in nonhuman primates (NHPs). High-dose (50 µ g) SpFN vaccine, given twice within a 28 day interval, induced a Th1-biased CD4 T cell helper response and a peak neutralizing antibody geometric mean titer of 52,773 against wild-type virus, with activity against SARS-CoV-1 and minimal decrement against variants of concern. Vaccinated animals mounted an anamnestic response upon high-dose SARS-CoV-2 respiratory challenge that translated into rapid elimination of replicating virus in their upper and lower airways and lung parenchyma. SpFN's potent and broad immunogenicity profile and resulting efficacy in NHPs supports its utility as a candidate platform for SARS-like betacoronaviruses.A SARS-CoV-2 Spike protein ferritin nanoparticle vaccine, co-formulated with a liposomal adjuvant, elicits broad neutralizing antibody responses that exceed those observed for other major vaccines and rapidly protects against respiratory infection and disease in the upper and lower airways and lung tissue of nonhuman primates.

Abstract A safe and effective vaccine against COVID-19 is urgently needed in quantities sufficient to immunise large populations. We report the preclinical development of two BNT162b vaccine candidates, which contain lipid-nanoparticle (LNP) formulated nucleoside-modified mRNA encoding SARS-CoV-2 spike glycoprotein-derived immunogens. BNT162b1 encodes a soluble, secreted, trimerised receptor-binding domain (RBD-foldon). BNT162b2 encodes the full-length transmembrane spike glycoprotein, locked in its prefusion conformation (P2 S). The flexibly tethered RBDs of the RBD-foldon bind ACE2 with high avidity. Approximately 20% of the P 2S trimers are in the two-RBD ‘down,’ one-RBD ‘up’ state. In mice, one intramuscular dose of either candidate elicits a dose-dependent antibody response with high virus-entry inhibition titres and strong TH1 CD4 + and IFNγ + CD8 + T-cell responses. Prime/boost vaccination of rhesus macaques with BNT162b candidates elicits SARS-CoV-2 neutralising geometric mean titres 8.2 to 18.2 times that of a SARS-CoV-2 convalescent human serum panel. The vaccine candidates protect macaques from SARS-CoV-2 challenge, with BNT162b2 protecting the lower respiratory tract from the presence of viral RNA and with no evidence of disease enhancement. Both candidates are being evaluated in phase 1 trials in Germany and the United States. BNT162b2 is being evaluated in an ongoing global, pivotal Phase 2/3 trial ( NCT04380701 , NCT04368728 ).