Blockade of PD-1 (programmed death-1), a B7/CD28 family immune-receptor molecule that inhibits the immune response to chronic viral infections, is shown to improve anti-viral immune responses in SIV-infected macaques without adverse side effects. The treatment, which used an antibody specific to human PD-1, also prolonged survival. PD-1 blockade was effective without antiretroviral drugs, suggesting that a similar approach might also be effective in HIV/AIDS patients, combined perhaps with drugs or therapeutic vaccination. This study shows that blockade of PD-1 in SIV-infected macaques transiently increases the frequency, activation and functionality markers of virus-specific CD8 T cells without adverse side effects. Chronic immunodeficiency virus infections are characterized by dysfunctional cellular and humoral antiviral immune responses1,2,3. As such, immune modulatory therapies that enhance and/or restore the function of virus-specific immunity may protect from disease progression. Here we investigate the safety and immune restoration potential of blockade of the co-inhibitory receptor programmed death 1 (PD-1)4,5 during chronic simian immunodeficiency virus (SIV) infection in macaques. We demonstrate that PD-1 blockade using an antibody to PD-1 is well tolerated and results in rapid expansion of virus-specific CD8 T cells with improved functional quality. This enhanced T-cell immunity was seen in the blood and also in the gut, a major reservoir of SIV infection. PD-1 blockade also resulted in proliferation of memory B cells and increases in SIV envelope-specific antibody. These improved immune responses were associated with significant reductions in plasma viral load and also prolonged the survival of SIV-infected macaques. Blockade was effective during the early (week 10) as well as late (∼week 90) phases of chronic infection even under conditions of severe lymphopenia. These results demonstrate enhancement of both cellular and humoral immune responses during a pathogenic immunodeficiency virus infection by blocking a single inhibitory pathway and identify a novel therapeutic approach for control of human immunodeficiency virus infections.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) mutations may diminish vaccine-induced protective immune responses, particularly as antibody titers wane over time. Here, we assess the effect of SARS-CoV-2 variants B.1.1.7 (Alpha), B.1.351 (Beta), P.1 (Gamma), B.1.429 (Epsilon), B.1.526 (Iota), and B.1.617.2 (Delta) on binding, neutralizing, and angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)–competing antibodies elicited by the messenger RNA (mRNA) vaccine mRNA-1273 over 7 months. Cross-reactive neutralizing responses were rare after a single dose. At the peak of response to the second vaccine dose, all individuals had responses to all variants. Binding and functional antibodies against variants persisted in most subjects, albeit at low levels, for 6 months after the primary series of the mRNA-1273 vaccine. Across all assays, B.1.351 had the lowest antibody recognition. These data complement ongoing studies to inform the potential need for additional boost vaccinations.

The emergency use authorization of two mRNA vaccines in less than a year from the emergence of SARS-CoV-2 represents a landmark in vaccinology1,2. Yet, how mRNA vaccines stimulate the immune system to elicit protective immune responses is unknown. Here we used a systems vaccinology approach to comprehensively profile the innate and adaptive immune responses of 56 healthy volunteers who were vaccinated with the Pfizer–BioNTech mRNA vaccine (BNT162b2). Vaccination resulted in the robust production of neutralizing antibodies against the wild-type SARS-CoV-2 (derived from 2019-nCOV/USA_WA1/2020) and, to a lesser extent, the B.1.351 strain, as well as significant increases in antigen-specific polyfunctional CD4 and CD8 T cells after the second dose. Booster vaccination stimulated a notably enhanced innate immune response as compared to primary vaccination, evidenced by (1) a greater frequency of CD14+CD16+ inflammatory monocytes; (2) a higher concentration of plasma IFNγ; and (3) a transcriptional signature of innate antiviral immunity. Consistent with these observations, our single-cell transcriptomics analysis demonstrated an approximately 100-fold increase in the frequency of a myeloid cell cluster enriched in interferon-response transcription factors and reduced in AP-1 transcription factors, after secondary immunization. Finally, we identified distinct innate pathways associated with CD8 T cell and neutralizing antibody responses, and show that a monocyte-related signature correlates with the neutralizing antibody response against the B.1.351 variant. Collectively, these data provide insights into the immune responses induced by mRNA vaccination and demonstrate its capacity to prime the innate immune system to mount a more potent response after booster immunization. Profiling the immune responses of 56 volunteers vaccinated with BNT162b2 reveals how this mRNA vaccine primes the innate immune system to mount a potent response to SARS-CoV-2 after booster immunization.

Ending the COVID-19 pandemic will require long-lived immunity to SARS-CoV-2. Here, we evaluate 254 COVID-19 patients longitudinally up to 8 months and find durable broad-based immune responses. SARS-CoV-2 spike binding and neutralizing antibodies exhibit a bi-phasic decay with an extended half-life of >200 days suggesting the generation of longer-lived plasma cells. SARS-CoV-2 infection also boosts antibody titers to SARS-CoV-1 and common betacoronaviruses. In addition, spike-specific IgG+ memory B cells persist, which bodes well for a rapid antibody response upon virus re-exposure or vaccination. Virus-specific CD4+ and CD8+ T cells are polyfunctional and maintained with an estimated half-life of 200 days. Interestingly, CD4+ T cell responses equally target several SARS-CoV-2 proteins, whereas the CD8+ T cell responses preferentially target the nucleoprotein, highlighting the potential importance of including the nucleoprotein in future vaccines. Taken together, these results suggest that broad and effective immunity may persist long-term in recovered COVID-19 patients.

Microneedle patches provide an alternative to conventional needle-and-syringe immunisation, and potentially offer improved immunogenicity, simplicity, cost-effectiveness, acceptability, and safety. We describe safety, immunogenicity, and acceptability of the first-in-man study on single, dissolvable microneedle patch vaccination against influenza.The TIV-MNP 2015 study was a randomised, partly blinded, placebo-controlled, phase 1, clinical trial at Emory University that enrolled non-pregnant, immunocompetent adults from Atlanta, GA, USA, who were aged 18-49 years, naive to the 2014-15 influenza vaccine, and did not have any significant dermatological disorders. Participants were randomly assigned (1:1:1:1) to four groups and received a single dose of inactivated influenza vaccine (fluvirin: 18 μg of haemagglutinin per H1N1 vaccine strain, 17 μg of haemagglutinin per H3N2 vaccine strain, and 15 μg of haemagglutinin per B vaccine strain) (1) by microneedle patch or (2) by intramuscular injection, or received (3) placebo by microneedle patch, all administered by an unmasked health-care worker; or received a single dose of (4) inactivated influenza vaccine by microneedle patch self-administered by study participants. A research pharmacist prepared the randomisation code using a computer-generated randomisation schedule with a block size of 4. Because of the nature of the study, participants were not masked to the type of vaccination method (ie, microneedle patch vs intramuscular injection). Primary safety outcome measures are the incidence of study product-related serious adverse events within 180 days, grade 3 solicited or unsolicited adverse events within 28 days, and solicited injection site and systemic reactogenicity on the day of study product administration through 7 days after administration, and secondary safety outcomes are new-onset chronic illnesses within 180 days and unsolicited adverse events within 28 days, all analysed by intention to treat. Secondary immunogenicity outcomes are antibody titres at day 28 and percentages of seroconversion and seroprotection, all determined by haemagglutination inhibition antibody assay. The trial is completed and registered with ClinicalTrials.gov, number NCT02438423.Between June 23, 2015, and Sept 25, 2015, 100 participants were enrolled and randomly assigned to a group. There were no treatment-related serious adverse events, no treatment-related unsolicited grade 3 or higher adverse events, and no new-onset chronic illnesses. Among vaccinated groups (vaccine via health-care worker administered microneedle patch or intramuscular injection, or self-administered microneedle patch), overall incidence of solicited adverse events (n=89 vs n=73 vs n=73) and unsolicited adverse events (n=18 vs n=12 vs n=14) were similar. Reactogenicity was mild, transient, and most commonly reported as tenderness (15 [60%] of 25 participants [95% CI 39-79]) and pain (11 [44%] of 25 [24-65]) after intramuscular injection; and as tenderness (33 [66%] of 50 [51-79]), erythema (20 [40%] of 50 [26-55]), and pruritus (41 [82%] of 50 [69-91]) after vaccination by microneedle patch application. The geometric mean titres were similar at day 28 between the microneedle patch administered by a health-care worker versus the intramuscular route for the H1N1 strain (1197 [95% CI 855-1675] vs 997 [703-1415]; p=0·5), the H3N2 strain (287 [192-430] vs 223 [160-312]; p=0·4), and the B strain (126 [86-184] vs 94 [73-122]; p=0·06). Similar geometric mean titres were reported in participants who self-administered the microneedle patch (all p>0·05). The seroconversion percentages were significantly higher at day 28 after microneedle patch vaccination compared with placebo (all p<0·0001) and were similar to intramuscular injection (all p>0·01).Use of dissolvable microneedle patches for influenza vaccination was well tolerated and generated robust antibody responses.National Institutes of Health.

The development of a portfolio of COVID-19 vaccines to vaccinate the global population remains an urgent public health imperative1. Here we demonstrate the capacity of a subunit vaccine, comprising the SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding domain displayed on an I53-50 protein nanoparticle scaffold (hereafter designated RBD–NP), to stimulate robust and durable neutralizing-antibody responses and protection against SARS-CoV-2 in rhesus macaques. We evaluated five adjuvants including Essai O/W 1849101, a squalene-in-water emulsion; AS03, an α-tocopherol-containing oil-in-water emulsion; AS37, a Toll-like receptor 7 (TLR7) agonist adsorbed to alum; CpG1018-alum, a TLR9 agonist formulated in alum; and alum. RBD–NP immunization with AS03, CpG1018-alum, AS37 or alum induced substantial neutralizing-antibody and CD4 T cell responses, and conferred protection against SARS-CoV-2 infection in the pharynges, nares and bronchoalveolar lavage. The neutralizing-antibody response to live virus was maintained up to 180 days after vaccination with RBD–NP in AS03 (RBD–NP-AS03), and correlated with protection from infection. RBD–NP immunization cross-neutralized the B.1.1.7 SARS-CoV-2 variant efficiently but showed a reduced response against the B.1.351 variant. RBD–NP-AS03 produced a 4.5-fold reduction in neutralization of B.1.351 whereas the group immunized with RBD–NP-AS37 produced a 16-fold reduction in neutralization of B.1.351, suggesting differences in the breadth of the neutralizing-antibody response induced by these adjuvants. Furthermore, RBD–NP-AS03 was as immunogenic as a prefusion-stabilized spike immunogen (HexaPro) with AS03 adjuvant. These data highlight the efficacy of the adjuvanted RBD–NP vaccine in promoting protective immunity against SARS-CoV-2 and have led to phase I/II clinical trials of this vaccine (NCT04742738 and NCT04750343). Trials in rhesus macaques show that a subunit vaccine against SARS-CoV-2, comprising the spike protein receptor-binding domain displayed on a nanoparticle protein scaffold, produces a robust protective response against the virus.

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.

The emergence of SARS-CoV-2 variants with mutations in the spike protein is raising concerns about the efficacy of infection- or vaccine-induced antibodies. We compared antibody binding and live virus neutralization of sera from naturally infected and Moderna-vaccinated individuals against two SARS-CoV-2 variants: B.1 containing the spike mutation D614G and the emerging B.1.351 variant containing additional spike mutations and deletions. Sera from acutely infected and convalescent COVID-19 patients exhibited a 3-fold reduction in binding antibody titers to the B.1.351 variant receptor-binding domain of the spike protein and a 3.5-fold reduction in neutralizing antibody titers against SARS-CoV-2 B.1.351 variant compared to the B.1 variant. Similar results were seen with sera from Moderna-vaccinated individuals. Despite reduced antibody titers against the B.1.351 variant, sera from infected and vaccinated individuals containing polyclonal antibodies to the spike protein could still neutralize SARS-CoV-2 B.1.351, suggesting that protective humoral immunity may be retained against this variant.

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.

Abstract SARS-CoV-2 mutations may diminish vaccine-induced protective immune responses, and the durability of such responses has not been previously reported. Here, we present a comprehensive assessment of the impact of variants B.1.1.7, B.1.351, P.1, B.1.429, and B.1.526 on binding, neutralizing, and ACE2-blocking antibodies elicited by the vaccine mRNA-1273 over seven months. Cross-reactive neutralizing responses were rare after a single dose of mRNA-1273. At the peak of response to the second dose, all subjects had robust responses to all variants. Binding and functional antibodies against variants persisted in most subjects, albeit at low levels, for 6 months after the primary series of mRNA-1273. Across all assays, B.1.351 had the greatest impact on antibody recognition, and B.1.1.7 the least. These data complement ongoing studies of clinical protection to inform the potential need for additional boost vaccinations. One-Sentence Summary Most mRNA-1273 vaccinated individuals maintained binding and functional antibodies against SARS-CoV-2 variants for 6 months.