The ongoing pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19), which is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), is a major threat to global health1 and the medical countermeasures available so far are limited2,3. Moreover, we currently lack a thorough understanding of the mechanisms of humoral immunity to SARS-CoV-24. Here we analyse a large panel of human monoclonal antibodies that target the spike (S) glycoprotein5, and identify several that exhibit potent neutralizing activity and fully block the receptor-binding domain of the S protein (SRBD) from interacting with human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). Using competition-binding, structural and functional studies, we show that the monoclonal antibodies can be clustered into classes that recognize distinct epitopes on the SRBD, as well as distinct conformational states of the S trimer. Two potently neutralizing monoclonal antibodies, COV2-2196 and COV2-2130, which recognize non-overlapping sites, bound simultaneously to the S protein and neutralized wild-type SARS-CoV-2 virus in a synergistic manner. In two mouse models of SARS-CoV-2 infection, passive transfer of COV2-2196, COV2-2130 or a combination of both of these antibodies protected mice from weight loss and reduced the viral burden and levels of inflammation in the lungs. In addition, passive transfer of either of two of the most potent ACE2-blocking monoclonal antibodies (COV2-2196 or COV2-2381) as monotherapy protected rhesus macaques from SARS-CoV-2 infection. These results identify protective epitopes on the SRBD and provide a structure-based framework for rational vaccine design and the selection of robust immunotherapeutic agents. An analysis identifies human monoclonal antibodies that potently neutralize wild-type SARS-CoV-2 and protect animals from disease, including two that synergize in a cocktail, suggesting that these could be candidates for use as therapeutic agents for the treatment of COVID-19 in humans.

Importance

 Coronavirus disease 2019 (COVID-19) continues to spread rapidly worldwide. Neutralizing antibodies are a potential treatment for COVID-19. 

Objective

 To determine the effect of bamlanivimab monotherapy and combination therapy with bamlanivimab and etesevimab on severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) viral load in mild to moderate COVID-19. 

Design, Setting, and Participants

 The BLAZE-1 study is a randomized phase 2/3 trial at 49 US centers including ambulatory patients (N = 613) who tested positive for SARS-CoV-2 infection and had 1 or more mild to moderate symptoms. Patients who received bamlanivimab monotherapy or placebo were enrolled first (June 17-August 21, 2020) followed by patients who received bamlanivimab and etesevimab or placebo (August 22-September 3). These are the final analyses and represent findings through October 6, 2020. 

Interventions

 Patients were randomized to receive a single infusion of bamlanivimab (700 mg [n = 101], 2800 mg [n = 107], or 7000 mg [n = 101]), the combination treatment (2800 mg of bamlanivimab and 2800 mg of etesevimab [n = 112]), or placebo (n = 156). 

Main Outcomes and Measures

 The primary end point was change in SARS-CoV-2 log viral load at day 11 (±4 days). Nine prespecified secondary outcome measures were evaluated with comparisons between each treatment group and placebo, and included 3 other measures of viral load, 5 on symptoms, and 1 measure of clinical outcome (the proportion of patients with a COVID-19–related hospitalization, an emergency department [ED] visit, or death at day 29). 

Results

 Among the 577 patients who were randomized and received an infusion (mean age, 44.7 [SD, 15.7] years; 315 [54.6%] women), 533 (92.4%) completed the efficacy evaluation period (day 29). The change in log viral load from baseline at day 11 was –3.72 for 700 mg, –4.08 for 2800 mg, –3.49 for 7000 mg, –4.37 for combination treatment, and –3.80 for placebo. Compared with placebo, the differences in the change in log viral load at day 11 were 0.09 (95% CI, –0.35 to 0.52;P = .69) for 700 mg, –0.27 (95% CI, –0.71 to 0.16;P = .21) for 2800 mg, 0.31 (95% CI, –0.13 to 0.76;P = .16) for 7000 mg, and –0.57 (95% CI, –1.00 to –0.14;P = .01) for combination treatment. Among the secondary outcome measures, differences between each treatment group vs the placebo group were statistically significant for 10 of 84 end points. The proportion of patients with COVID-19–related hospitalizations or ED visits was 5.8% (9 events) for placebo, 1.0% (1 event) for 700 mg, 1.9% (2 events) for 2800 mg, 2.0% (2 events) for 7000 mg, and 0.9% (1 event) for combination treatment. Immediate hypersensitivity reactions were reported in 9 patients (6 bamlanivimab, 2 combination treatment, and 1 placebo). No deaths occurred during the study treatment. 

Conclusions and Relevance

 Among nonhospitalized patients with mild to moderate COVID-19 illness, treatment with bamlanivimab and etesevimab, compared with placebo, was associated with a statistically significant reduction in SARS-CoV-2 viral load at day 11; no significant difference in viral load reduction was observed for bamlanivimab monotherapy. Further ongoing clinical trials will focus on assessing the clinical benefit of antispike neutralizing antibodies in patients with COVID-19 as a primary end point. 

Trial Registration

 ClinicalTrials.gov Identifier:NCT04427501

SARS-CoV-2 neutralizing monoclonal antibodies (mAbs) can reduce the risk of hospitalization when administered early during COVID-19 disease. However, the emergence of variants of concern has negatively impacted the therapeutic use of some authorized mAbs. Using a high throughput B-cell screening pipeline, we isolated a highly potent SARS-CoV-2 spike glycoprotein receptor binding domain (RBD)-specific antibody called LY-CoV1404 (also known as bebtelovimab). LY-CoV1404 potently neutralizes authentic SARS-CoV-2 virus, including the prototype, B.1.1.7, B.1.351 and B.1.617.2). In pseudovirus neutralization studies, LY-CoV1404 retains potent neutralizing activity against numerous variants including B.1.1.7, B.1.351, B.1.617.2, B.1.427/B.1.429, P.1, B.1.526, B.1.1.529, and the BA.2 subvariant and retains binding to spike proteins with a variety of underlying RBD mutations including K417N, L452R, E484K, and N501Y. Structural analysis reveals that the contact residues of the LY-CoV1404 epitope are highly conserved with the exception of N439 and N501. Notably, the binding and neutralizing activity of LY-CoV1404 is unaffected by the most common mutations at these positions (N439K and N501Y). The breadth of reactivity to amino acid substitutions present among current VOC together with broad and potent neutralizing activity and the relatively conserved epitope suggest that LY-CoV1404 has the potential to be an effective therapeutic agent to treat all known variants causing COVID-19.LY-CoV1404 is a potent SARS-CoV-2-binding antibody that neutralizes all known variants of concern and whose epitope is rarely mutated.LY-CoV1404 potently neutralizes SARS-CoV-2 authentic virus and known variants of concern including the B.1.1.529 (Omicron), the BA.2 Omicron subvariant, and B.1.617.2 (Delta) variantsNo loss of potency against currently circulating variantsBinding epitope on RBD of SARS-CoV-2 is rarely mutated in GISAID databaseBreadth of neutralizing activity and potency supports clinical development.

The COVID-19 pandemic is a major threat to global health for which there are only limited medical countermeasures, and we lack a thorough understanding of mechanisms of humoral immunity 1,2 . From a panel of monoclonal antibodies (mAbs) targeting the spike (S) glycoprotein isolated from the B cells of infected subjects, we identified several mAbs that exhibited potent neutralizing activity with IC 50 values as low as 0.9 or 15 ng/mL in pseudovirus or wild-type ( wt ) SARS-CoV-2 neutralization tests, respectively. The most potent mAbs fully block the receptor-binding domain of S (S RBD ) from interacting with human ACE2. Competition-binding, structural, and functional studies allowed clustering of the mAbs into defined classes recognizing distinct epitopes within major antigenic sites on the S RBD . Electron microscopy studies revealed that these mAbs recognize distinct conformational states of trimeric S protein. Potent neutralizing mAbs recognizing unique sites, COV2-2196 and COV2-2130, bound simultaneously to S and synergistically neutralized authentic SARS-CoV-2 virus. In two murine models of SARS-CoV-2 infection, passive transfer of either COV2-2916 or COV2-2130 alone or a combination of both mAbs protected mice from severe weight loss and reduced viral burden and inflammation in the lung. These results identify protective epitopes on the S RBD and provide a structure-based framework for rational vaccine design and the selection of robust immunotherapeutic cocktails.