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.).

Abstract The recent emergence of B.1.1.529, the Omicron variant 1,2 , has raised concerns of escape from protection by vaccines and therapeutic antibodies. A key test for potential countermeasures against B.1.1.529 is their activity in preclinical rodent models of respiratory tract disease. Here, using the collaborative network of the SARS-CoV-2 Assessment of Viral Evolution (SAVE) programme of the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), we evaluated the ability of several B.1.1.529 isolates to cause infection and disease in immunocompetent and human ACE2 (hACE2)-expressing mice and hamsters. Despite modelling data indicating that B.1.1.529 spike can bind more avidly to mouse ACE2 (refs. 3,4 ), we observed less infection by B.1.1.529 in 129, C57BL/6, BALB/c and K18-hACE2 transgenic mice than by previous SARS-CoV-2 variants, with limited weight loss and lower viral burden in the upper and lower respiratory tracts. In wild-type and hACE2 transgenic hamsters, lung infection, clinical disease and pathology with B.1.1.529 were also milder than with historical isolates or other SARS-CoV-2 variants of concern. Overall, experiments from the SAVE/NIAID network with several B.1.1.529 isolates demonstrate attenuated lung disease in rodents, which parallels preliminary human clinical data.

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.

Abstract Monkeypox virus (MPXV) caused a global outbreak in 2022, fueled by behaviorally-altered and enhanced human-to-human transmission. While smallpox vaccines were rapidly deployed to curb spread and disease among those at highest risk, breakthrough disease was noted after complete immunization. Given the imminent threat of additional zoonotic events as well as the virus’ evolving ability to drive human-to-human transmission, there is an urgent need for the development of a MPXV-specific vaccine that is able to also confer broad protection against evolving strains and related orthopoxviruses. Here, we demonstrate that an mRNA-lipid nanoparticle vaccine encoding a set of four highly conserved MPXV surface proteins involved in virus attachment, entry and transmission can induce MPXV-specific immunity and heterologous protection against a lethal vaccinia virus (VACV) challenge. Compared to Modified Vaccinia Virus Ankara (MVA), which forms the basis for the current MPXV vaccine, mRNA-vaccination generated superior neutralizing and cellular spread-inhibitory activities against MPXV and VACV as well as greater Fc-effector Th1-biased humoral immunity to the four MPXV antigens and the four VACV homologs. Single MPXV antigen mRNA vaccines provided partial protection against VACV challenge, while combinations of two, three or four MPXV antigen expressing mRNAs protected against disease-related weight loss and death. Remarkably, the cross-protection by multivalent MPXV mRNAs was superior to the homologous protection by MVA, associated with a combination of neutralizing and non-neutralizing antibody functions. These data reveal robust protection against VACV using an mRNA-based vaccine targeting four highly conserved viral surface antigens, linked to the induction of highly functional antibodies able to rapidly control viral infection.

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.