BackgroundNVX-CoV2373 is a recombinant severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (rSARS-CoV-2) nanoparticle vaccine composed of trimeric full-length SARS-CoV-2 spike glycoproteins and Matrix-M1 adjuvant.MethodsWe initiated a randomized, placebo-controlled, phase 1–2 trial to evaluate the safety and immunogenicity of the rSARS-CoV-2 vaccine (in 5-μg and 25-μg doses, with or without Matrix-M1 adjuvant, and with observers unaware of trial-group assignments) in 131 healthy adults. In phase 1, vaccination comprised two intramuscular injections, 21 days apart. The primary outcomes were reactogenicity; laboratory values (serum chemistry and hematology), according to Food and Drug Administration toxicity scoring, to assess safety; and IgG anti–spike protein response (in enzyme-linked immunosorbent assay [ELISA] units). Secondary outcomes included unsolicited adverse events, wild-type virus neutralization (microneutralization assay), and T-cell responses (cytokine staining). IgG and microneutralization assay results were compared with 32 (IgG) and 29 (neutralization) convalescent serum samples from patients with Covid-19, most of whom were symptomatic. We performed a primary analysis at day 35.ResultsAfter randomization, 83 participants were assigned to receive the vaccine with adjuvant and 25 without adjuvant, and 23 participants were assigned to receive placebo. No serious adverse events were noted. Reactogenicity was absent or mild in the majority of participants, more common with adjuvant, and of short duration (mean, ≤2 days). One participant had mild fever that lasted 1 day. Unsolicited adverse events were mild in most participants; there were no severe adverse events. The addition of adjuvant resulted in enhanced immune responses, was antigen dose–sparing, and induced a T helper 1 (Th1) response. The two-dose 5-μg adjuvanted regimen induced geometric mean anti-spike IgG (63,160 ELISA units) and neutralization (3906) responses that exceeded geometric mean responses in convalescent serum from mostly symptomatic Covid-19 patients (8344 and 983, respectively).ConclusionsAt 35 days, NVX-CoV2373 appeared to be safe, and it elicited immune responses that exceeded levels in Covid-19 convalescent serum. The Matrix-M1 adjuvant induced CD4+ T-cell responses that were biased toward a Th1 phenotype. (Funded by the Coalition for Epidemic Preparedness Innovations; ClinicalTrials.gov number, NCT04368988).

Abstract The COVID-19 pandemic continues to spread throughout the world with an urgent need for a safe and protective vaccine to effectuate herd protection and control the spread of SARS-CoV-2. Here, we report the development of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) from the full-length spike (S) protein that is stable in the prefusion conformation. NVX-CoV2373 S form 27.2-nm nanoparticles that are thermostable and bind with high affinity to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. In mice, low-dose NVX-CoV2373 with saponin-based Matrix-M adjuvant elicit high titer anti-S IgG that blocks hACE2 receptor binding, neutralize virus, and protects against SARS-CoV-2 challenge with no evidence of vaccine-associated enhanced respiratory disease. NVX-CoV2373 also elicits multifunctional CD4 + and CD8 + T cells, CD4 + follicular helper T cells (Tfh), and antigen-specific germinal center (GC) B cells in the spleen. In baboons, low-dose levels of NVX-CoV2373 with Matrix-M was also highly immunogenic and elicited high titer anti-S antibodies and functional antibodies that block S-protein binding to hACE2 and neutralize virus infection and antigen-specific T cells. These results support the ongoing phase 1/2 clinical evaluation of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2373 with Matrix-M (NCT04368988).

Respiratory syncytial virus (RSV) is the leading cause of viral bronchiolitis and pneumonia in infants and children. Currently, palivizumab is the only approved monoclonal antibody (mAb) for prophylaxis of RSV. However, a small percentage of patients are not protected by palivizumab; in addition, palivizumab does not inhibit RSV replication effectively in the upper respiratory tract. We report here the development and characterization of motavizumab, an ultra-potent, affinity-matured, humanized mAb derived from palivizumab. Several palivizumab variants that enhanced the neutralization of RSV in vitro by up to 44-fold were generated; however, in vivo prophylaxis of cotton rats with these antibodies conferred only about a twofold improvement in potency over palivizumab. This unexpected small increase of in vivo potency was caused by poor serum pharmacokinetics and lung bio-availability that resulted from unexpectedly broad tissue binding. Subsequent analyses revealed that changes at three amino acids arising from the affinity maturation markedly increased the non-specific binding to various tissues. Our results suggested that k(on)-driven mutations are more likely to initiate non-specific binding events than k(off)-driven mutations. Reversion of these three residues to the original sequences greatly diminished the tissue binding. The resulting mAb, motavizumab, binds to RSV F protein 70-fold better than palivizumab, and exhibits about a 20-fold improvement in neutralization of RSV in vitro. In cotton rats, at equivalent concentrations, motavizumab reduced pulmonary RSV titers to up to 100-fold lower levels than did palivizumab and, unlike palivizumab, motavizumab very potently inhibited viral replication in the upper respiratory tract. This affinity-enhanced mAb is being investigated in pivotal clinical trials. Importantly, our engineering process offers precious insights into the improvement of other therapeutic mAbs.

Structure of a vaccine candidate Much effort is being targeted at developing vaccines that will provide protection against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). A trimeric spike protein that decorates the virus is a primary target of the host immune system and the focus of vaccine development. Bangaru et al. present the structure of a leading vaccine candidate: a full-length spike protein with some modifications aimed at enhancing stability that is formulated in polysorbate 80 detergent. The study confirms that the full-length immunogen is in a stable prefusion conformation and provides a basis for understanding immune responses to the vaccine. Science , this issue p. 1089

Abstract The COVID-19 pandemic continues to spread throughout the world with an urgent need for a safe and protective vaccine to effectuate herd immunity to control the spread of SARS-CoV-2. Here, we report the development of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) produced from the full-length spike (S) protein, stabilized in the prefusion conformation. Purified NVX-CoV2373 S form 27.2nm nanoparticles that are thermostable and bind with high affinity to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. In mice and baboons, low-dose NVX-CoV2373 with saponin-based Matrix-M adjuvant elicits high titer anti-S IgG that is associated with blockade of hACE2 receptor binding, virus neutralization, and protection against SARS-CoV-2 challenge in mice with no evidence of vaccine-associated enhanced respiratory disease (VAERD). NVX-CoV2373 vaccine also elicits multifunctional CD4 + and CD8 + T cells, CD4 + T follicular helper T cells (Tfh), and the generation of antigen-specific germinal center (GC) B cells in the spleen. These results support the ongoing phase 1/2 clinical evaluation of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2327 with Matrix-M ( NCT04368988 ).

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 Vaccine efforts against the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) responsible for the current COVID-19 pandemic are focused on SARS-CoV-2 spike glycoprotein, the primary target for neutralizing antibodies. Here, we performed cryo-EM and site-specific glycan analysis of one of the leading subunit vaccine candidates from Novavax based on a full-length spike protein formulated in polysorbate 80 (PS 80) detergent. Our studies reveal a stable prefusion conformation of the spike immunogen with slight differences in the S1 subunit compared to published spike ectodomain structures. Interestingly, we also observed novel interactions between the spike trimers allowing formation of higher order spike complexes. This study confirms the structural integrity of the full-length spike protein immunogen and provides a basis for interpreting immune responses to this multivalent nanoparticle immunogen.

ABSTRACT There is an urgent need for a safe and protective vaccine to control the global spread of SARS-CoV-2 and prevent COVID-19. Here, we report the immunogenicity and protective efficacy of a SARS-CoV-2 subunit vaccine (NVX-CoV2373) produced from the full-length SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein stabilized in the prefusion conformation. Cynomolgus macaques ( Macaca fascicularis ) immunized with NVX-CoV2373 and the saponin-based Matrix-M adjuvant induced anti-S antibody that was neutralizing and blocked binding to the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor. Following intranasal and intratracheal challenge with SARS-CoV-2, immunized macaques were protected against upper and lower infection and pulmonary disease. These results support ongoing phase 1/2 clinical studies of the safety and immunogenicity of NVX-CoV2327 vaccine ( NCT04368988 ). Highlights Full-length SARS-CoV-2 prefusion spike with Matrix-M1™ (NVX-CoV2373) vaccine. Induced hACE2 receptor blocking and neutralizing antibodies in macaques. Vaccine protected against SARS-CoV-2 replication in the nose and lungs. Absence of pulmonary pathology in NVX-CoV2373 vaccinated macaques.

Abstract The 2019 outbreak of a severe respiratory disease caused by an emerging coronavirus, SARS-CoV-2, has spread globally with high morbidity and mortality. Co-circulating seasonal influenza has greatly diminished recently, but expected to return with novel strains emerging, thus requiring annual strain adjustments. We have developed a recombinant hemagglutinin (HA) quadrivalent nanoparticle influenza vaccine (qNIV) produced using an established recombinant insect cell expression system to produce nanoparticles. Influenza qNIV adjuvanted with Matrix-M was well-tolerated and induced robust antibody and cellular responses, notably against both homologous and drifted A/H3N2 viruses in Phase 1, 2, and 3 trials. We also developed a full-length SARS-CoV-2 spike protein vaccine which is stable in the prefusion conformation (NVX-CoV2373) using the same platform technology. In phase 3 clinical trials, NVX-CoV2373 is highly immunogenic and protective against the prototype strain and B.1.1.7 variant. Here we describe the immunogenicity and efficacy of a combination quadrivalent seasonal flu and COVID-19 vaccine (qNIV/CoV2373) in ferret and hamster models. The combination qNIV/CoV2373 vaccine produces high titer influenza hemagglutination inhibiting (HAI) and neutralizing antibodies against influenza A and B strains. The combination vaccine also elicited antibodies that block SARS-CoV-2 spike protein binding to the human angiotensin converting enzyme-2 (hACE2) receptor. Significantly, hamsters immunized with qNIV/CoV2373 vaccine and challenged with SARS-CoV-2 were protected against weight loss and were free of replicating SARS-CoV-2 in the upper and lower respiratory tract with no evidence of viral pneumonia. This study supports evaluation of qNIV/CoV2373 combination vaccine as a preventive measure for seasonal influenza and CoVID-19. Highlights Combination qNIV/CoV2373 vaccine induced protective hemagglutination inhibition (HAI) responses to seasonal influenza A and B unchanged when formulated with recombinant spike. Combination qNIV/CoV2373 vaccine maintained clinical and virologic protection against experimental challenge with SARS-CoV-2. Combination qNIV/CoV2373 vaccine showed no clinical or histological sign of enhanced disease following experimental challenge with SARS-CoV-2. Combination qNIV/CoV2373 vaccine induced antibodies against SARS-CoV-2 neutralizing epitopes common between US-WA and B.1.352 variant.

Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) continues to spread globally. As SARS-CoV-2 has transmitted from person to person, variant viruses have emerged with elevated transmission rates and higher risk of infection for vaccinees. We present data showing that a recombinant prefusion-stabilized Spike (rS) protein based on the B.1.351 sequence (rS-B.1.351) was highly immunogenic in mice and produced neutralizing antibodies against SARS-CoV-2/WA1, B.1.1.7, and B.1.351. Mice vaccinated with our prototype vaccine NVX-CoV2373 (rS-WU1) or rS-B.1.351 alone, in combination, or as a heterologous prime boost, were protected when challenged with live SARS-CoV-2/B.1.1.7 or SARS-CoV-2/B.1.351. Virus titer was reduced to undetectable levels in the lungs post-challenge in all vaccinated mice, and Th1-skewed cellular responses were observed. A strong anamnestic response was demonstrated in baboons boosted with rS-B.1.351 approximately one year after immunization with NVX-CoV2373 (rS-WU1). An rS-B.1.351 vaccine alone or in combination with prototype rS-WU1 induced protective antibody- and cell-mediated responses that were protective against challenge with SARS-CoV-2 variant viruses.