Vaccines to prevent coronavirus disease 2019 (Covid-19) are urgently needed. The effect of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines on viral replication in both upper and lower airways is important to evaluate in nonhuman primates.Nonhuman primates received 10 or 100 μg of mRNA-1273, a vaccine encoding the prefusion-stabilized spike protein of SARS-CoV-2, or no vaccine. Antibody and T-cell responses were assessed before upper- and lower-airway challenge with SARS-CoV-2. Active viral replication and viral genomes in bronchoalveolar-lavage (BAL) fluid and nasal swab specimens were assessed by polymerase chain reaction, and histopathological analysis and viral quantification were performed on lung-tissue specimens.The mRNA-1273 vaccine candidate induced antibody levels exceeding those in human convalescent-phase serum, with live-virus reciprocal 50% inhibitory dilution (ID50) geometric mean titers of 501 in the 10-μg dose group and 3481 in the 100-μg dose group. Vaccination induced type 1 helper T-cell (Th1)-biased CD4 T-cell responses and low or undetectable Th2 or CD8 T-cell responses. Viral replication was not detectable in BAL fluid by day 2 after challenge in seven of eight animals in both vaccinated groups. No viral replication was detectable in the nose of any of the eight animals in the 100-μg dose group by day 2 after challenge, and limited inflammation or detectable viral genome or antigen was noted in lungs of animals in either vaccine group.Vaccination of nonhuman primates with mRNA-1273 induced robust SARS-CoV-2 neutralizing activity, rapid protection in the upper and lower airways, and no pathologic changes in the lung. (Funded by the National Institutes of Health and others.).

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. Here, nonhuman primates (NHPs) received either no vaccine or doses ranging from 0.3 to 100 μg of the mRNA-1273 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccine. mRNA-1273 vaccination elicited circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs after SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and most strongly correlated with levels of anti–S antibody and neutralizing activity. Lower antibody levels were needed for reduction of viral replication in the lower airway than in the upper airway. Passive transfer of mRNA-1273–induced immunoglobulin G to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Thus, mRNA-1273 vaccine–induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 in NHPs.

Immune correlates of protection can be used as surrogate endpoints for vaccine efficacy. The nonhuman primate (NHP) model of SARS-CoV-2 infection replicates key features of human infection and may be used to define immune correlates of protection following vaccination. Here, NHP received either no vaccine or doses ranging from 0.3 - 100 μg of mRNA-1273, a mRNA vaccine encoding the prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike (S-2P) protein encapsulated in a lipid nanoparticle. mRNA-1273 vaccination elicited robust circulating and mucosal antibody responses in a dose-dependent manner. Viral replication was significantly reduced in bronchoalveolar lavages and nasal swabs following SARS-CoV-2 challenge in vaccinated animals and was most strongly correlated with levels of anti-S antibody binding and neutralizing activity. Consistent with antibodies being a correlate of protection, passive transfer of vaccine-induced IgG to naïve hamsters was sufficient to mediate protection. Taken together, these data show that mRNA-1273 vaccine-induced humoral immune responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 infection in NHP.mRNA-1273 vaccine-induced antibody responses are a mechanistic correlate of protection against SARS-CoV-2 infection in NHP.

Summary SARS-CoV-2 Omicron is highly transmissible and has substantial resistance to antibody neutralization following immunization with ancestral spike-matched vaccines. It is unclear whether boosting with Omicron-specific vaccines would enhance immunity and protection. Here, nonhuman primates that received mRNA-1273 at weeks 0 and 4 were boosted at week 41 with mRNA-1273 or mRNA-Omicron. Neutralizing antibody titers against D614G were 4760 and 270 reciprocal ID 50 at week 6 (peak) and week 41 (pre-boost), respectively, and 320 and 110 for Omicron. Two weeks after boost, titers against D614G and Omicron increased to 5360 and 2980, respectively, for mRNA-1273 and 2670 and 1930 for mRNA-Omicron. Following either boost, 70-80% of spike-specific B cells were cross-reactive against both WA1 and Omicron. Significant and equivalent control of virus replication in lower airways was observed following either boost. Therefore, an Omicron boost may not provide greater immunity or protection compared to a boost with the current mRNA-1273 vaccine.

Adjuvanted soluble protein vaccines have been used extensively in humans for protection against various viral infections based on their robust induction of antibody responses. Here, soluble prefusion-stabilized spike trimers (preS dTM) from the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV-2) were formulated with the adjuvant AS03 and administered twice to nonhuman primates (NHP). Binding and functional neutralization assays and systems serology revealed that NHP developed AS03-dependent multi-functional humoral responses that targeted multiple spike domains and bound to a variety of antibody FC receptors mediating effector functions in vitro. Pseudovirus and live virus neutralizing IC50 titers were on average greater than 1000 and significantly higher than a panel of human convalescent sera. NHP were challenged intranasally and intratracheally with a high dose (3×106 PFU) of SARS-CoV-2 (USA-WA1/2020 isolate). Two days post-challenge, vaccinated NHP showed rapid control of viral replication in both the upper and lower airways. Notably, vaccinated NHP also had increased spike-specific IgG antibody responses in the lung as early as 2 days post challenge. Moreover, vaccine-induced IgG mediated protection from SARS-CoV-2 challenge following passive transfer to hamsters. These data show that antibodies induced by the AS03-adjuvanted preS dTM vaccine are sufficient to mediate protection against SARS-CoV-2 and support the evaluation of this vaccine in human clinical trials.

ABSTRACT Background Vaccine efficacy against the B.1.351 variant following mRNA-1273 vaccination in humans has not been determined. Nonhuman primates (NHP) are a useful model for demonstrating whether mRNA-1273 mediates protection against B.1.351. Methods Nonhuman primates received 30 or 100 µg of mRNA-1273 as a prime-boost vaccine at 0 and 4 weeks, a single immunization of 30 µg at week 0, or no vaccine. Antibody and T cell responses were assessed in blood, bronchioalveolar lavages (BAL), and nasal washes. Viral replication in BAL and nasal swabs were determined by qRT-PCR for sgRNA, and histopathology and viral antigen quantification were performed on lung tissue post-challenge. Results Eight weeks post-boost, 100 µg x2 of mRNA-1273 induced reciprocal ID 50 neutralizing geometric mean titers against live SARS-CoV-2 D614G and B.1.351 of 3300 and 240, respectively, and 430 and 84 for the 30 µg x2 group. There were no detectable neutralizing antibodies against B.1351 after the single immunization of 30 µg. On day 2 following B.1.351 challenge, sgRNA in BAL was undetectable in 6 of 8 NHP that received 100 µg x2 of mRNA-1273, and there was a ∼2-log reduction in sgRNA in NHP that received two doses of 30 µg compared to controls. In nasal swabs, there was a 1-log 10 reduction observed in the 100 µg x2 group. There was limited inflammation or viral antigen in lungs of vaccinated NHP post-challenge. Conclusions Immunization with two doses of mRNA-1273 achieves effective immunity that rapidly controls lower and upper airway viral replication against the B.1.351 variant in NHP.

ABSTRACT Neutralizing antibody responses gradually wane after vaccination with mRNA-1273 against several variants of concern (VOC), and additional boost vaccinations may be required to sustain immunity and protection. Here, we evaluated the immune responses in nonhuman primates that received 100 µg of mRNA-1273 vaccine at 0 and 4 weeks and were boosted at week 29 with mRNA-1273 (homologous) or mRNA-1273.β (heterologous), which encompasses the spike sequence of the B.1.351 (beta or β) variant. Reciprocal ID 50 pseudovirus neutralizing antibody geometric mean titers (GMT) against live SARS-CoV-2 D614G and the β variant, were 4700 and 765, respectively, at week 6, the peak of primary response, and 644 and 553, respectively, at a 5-month post-vaccination memory time point. Two weeks following homologous or heterologous boost β-specific reciprocal ID 50 GMT were 5000 and 3000, respectively. At week 38, animals were challenged in the upper and lower airway with the β variant. Two days post-challenge, viral replication was low to undetectable in both BAL and nasal swabs in most of the boosted animals. These data show that boosting with the homologous mRNA-1273 vaccine six months after primary immunization provides up to a 20-fold increase in neutralizing antibody responses across all VOC, which may be required to sustain high-level protection against severe disease, especially for at-risk populations. One-sentence summary mRNA-1273 boosted nonhuman primates have increased immune responses and are protected against SARS-CoV-2 beta infection.

Antigens displayed on self-assembling nanoparticles can stimulate strong immune responses and have been playing an increasingly prominent role in structure-based vaccines. However, the development of such immunogens is often complicated by inefficiencies in their production. To alleviate this issue, we developed a plug-and-play platform using the spontaneous isopeptide-bond formation of the SpyTag:SpyCatcher system to display trimeric antigens on self-assembling nanoparticles, including the 60-subunit

mRNA-1273 vaccine efficacy against SARS-CoV-2 Delta wanes over time; however, there are limited data on the impact of durability of immune responses on protection. We immunized rhesus macaques at weeks 0 and 4 and assessed immune responses over one year in blood, upper and lower airways. Serum neutralizing titers to Delta were 280 and 34 reciprocal ID 50 at weeks 6 (peak) and 48 (challenge), respectively. Antibody binding titers also decreased in bronchoalveolar lavage (BAL). Four days after challenge, virus was unculturable in BAL and subgenomic RNA declined ∼3-log 10 compared to control animals. In nasal swabs, sgRNA declined 1-log 10 and virus remained culturable. Anamnestic antibody responses (590-fold increase) but not T cell responses were detected in BAL by day 4 post-challenge. mRNA-1273-mediated protection in the lungs is durable but delayed and potentially dependent on anamnestic antibody responses. Rapid and sustained protection in upper and lower airways may eventually require a boost.

ABSTRACT Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) is the causative infection of a global pandemic that has led to more than 2 million deaths worldwide. The Moderna mRNA-1273 vaccine has demonstrated ~94% efficacy in a Phase 3 study and has been approved under Emergency Use Authorization. The emergence of SARS-CoV-2 variants with mutations in the spike protein, most recently circulating isolates from the United Kingdom (B.1.1.7) and Republic of South Africa (B.1.351), has led to lower neutralization from convalescent serum by pseudovirus neutralization (PsVN) assays and resistance to certain monoclonal antibodies. Here, using two orthogonal VSV and lentivirus PsVN assays expressing spike variants of 20E (EU1), 20A.EU2, D614G-N439, mink cluster 5, B.1.1.7, and B.1.351 variants, we assessed the neutralizing capacity of sera from human subjects or non-human primates (NHPs) that received mRNA-1273. No significant impact on neutralization against the B.1.1.7 variant was detected in either case, however reduced neutralization was measured against the mutations present in B.1.351. Geometric mean titer (GMT) of human sera from clinical trial participants in VSV PsVN assay using D614G spike was 1/1852. VSV pseudoviruses with spike containing K417N-E484K-N501Y-D614G and full B.1.351 mutations resulted in 2.7 and 6.4-fold GMT reduction, respectively, when compared to the D614G VSV pseudovirus. Importantly, the VSV PsVN GMT of these human sera to the full B.1.351 spike variant was still 1/290, with all evaluated sera able to fully neutralize. Similarly, sera from NHPs immunized with 30 or 100μg of mRNA-1273 had VSV PsVN GMTs of ~ 1/323 or 1/404, respectively, against the full B.1.351 spike variant with a ~ 5 to 10-fold reduction compared to D614G. Individual mutations that are characteristic of the B.1.1.7 and B.1.351 variants had a similar impact on neutralization when tested in VSV or in lentivirus PsVN assays. Despite the observed decreases, the GMT of VSV PsVN titers in human vaccinee sera against the B.1.351 variant remained at ~1/300. Taken together these data demonstrate reduced but still significant neutralization against the full B.1.351 variant following mRNA-1273 vaccination.