Development of a Lymphoid Organ-Chip to Evaluate Covid Vaccine Boosting Strategies

Background: Secondary lymphoid organs provide the adequate microenvironment for the development of antigen (Ag)-specific immune responses. The tight collaboration between CD4+ T cells and B cells in germinal centers is crucial to shape B cell fate and optimize antibody maturation. Dissecting these immune interactions remains challenging in humans, and animal models do not always recapitulate human physiology. To address this issue, we developed an in vitro 3D model of a human lymphoid organ. The model relies on a microfluidic device, enabling primary human cells to self-organize in an extracellular matrix (ECM) under continuous fluid perfusion. We applied this Lymphoid Organ-Chip (LO chip) system to the analysis of B cell recall responses to SARS-CoV-2 antigens. Method(s): We used a two-channel microfluidic Chip S1 from Emulate, where the top channel is perfused with antigen (spike protein or SARS-CoV-2 mRNA vaccine), while the bottom channel contains PBMC (n = 14 independent donors) seeded at high-density in a collagen-based ECM. Immune cell division and cluster formation were monitored by confocal imaging, plasmablast differentiation and spike-specific B cell amplification by flow cytometry, antibody secretion by a cell-based binding assay (S-flow). Result(s): Chip perfusion with the SARS-CoV-2 spike protein for 6 days resulted in the induction CD38hiCD27hi plasmablast maturation compared to an irrelevant BSA protein (P< 0.0001). Using fluorescent spike as a probe, we observed a strong amplification of spike-specific B cell (from 3.7 to 140-fold increase). In line with this rapid memory B cell response, spike-specific antibodies production could be detected as early as day 6 of culture. Spike perfusion also induced CD4+ T cell activation (CD38+ ICOS+), which correlated with the level of B cell maturation. The magnitude of specific B cell amplification in the LO chip was higher than in 2D and 3D static cultures at day 6, showing the added value of 3D perfused culture for the induction of recall responses. Interestingly, the perfusion of mRNA-based SARS-CoV-2 vaccines also led to strong B cell maturation and specific B cell amplification, indicating that mRNA-derived spike could be expressed and efficiently presented in the LO chip. Conclusion(s): We developed a versatile Lymphoid Organ-Chip model suitable for the rapid evaluation of B cell recall responses. The model is responsive to protein and mRNA-encoded antigens, highlighting its potential in the evaluation of SARS-CoV-2 vaccine boosting strategies.

Species-specific molecular barriers to SARS-CoV-2 replication in bat cells

Bats are natural reservoirs for numerous coronaviruses, including the potential ancestor of SARS-CoV-2. Knowledge concerning the interaction of coronaviruses and bat cells is, however, sparse. There is thus a need to develop bat cellular models to understand cell tropism, viral replication and virus-induced cell responses. Here, we report the first molecular study of SARS-CoV-2 infection in chiropteran cells. We investigated the ability of primary cells from Rhinolophus and Myotis species, as well as of established and novel cell lines from Myotis myotis, Eptesicus serotinus, Tadarida brasiliensis and Nyctalus noctula, to support SARS-CoV-2 replication. None of these cells were permissive to infection, not even the ones expressing detectable levels of angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), which serves as the viral receptor in many mammalian species including humans. The resistance to infection was overcome by expression of human ACE2 (hACE2) in three cell lines, suggesting that the restriction to viral replication was due to a low expression of bat ACE2 (bACE2) or absence of bACE2 binding in these cells. By contrast, multiple restriction factors to viral replication exist in the three N. noctula cells since hACE2 expression was not sufficient to permit infection. Infectious virions were produced but not released from hACE2-transduced M. myotis brain cells. E. serotinus brain cells and M. myotis nasal epithelial cells expressing hACE2 efficiently controlled viral replication, which correlated with a potent interferon response. Together, our data highlight the existence of species-specific molecular barriers to viral replication in bat cells. Our newly developed chiropteran cellular models are useful tools to investigate the interplay between viruses belonging to the SARS-CoV- 2 lineage and their natural reservoir, including the identification of factors responsible for viral restriction.

DIVERGENT ADAPTIVE IMMUNE RESPONSES DEFINE 2 TYPES of LONG COVID

Background: More than 10% of patients infected with SARS-CoV-2 experience a Long COVID syndrome, characterized by the persistence of a diverse array of symptoms where fatigue predominates. The role of the adaptive immune response in Long COVID remains poorly understood, with contrasting hypotheses suggesting either an insufficient antiviral response or an excessive immune response that would trigger autoimmune damage. To address this issue, we set to characterize humoral and cellular responses in Long COVID patients prior to SARS-CoV-2 vaccination. Methods: Long COVID patients (n=36) were included based on (1) an initial SARS-CoV-2 infection documented by PCR or the conjunction of two major signs of COVID-19 and (2) the persistence or resurgence of symptoms for over 3 months. They were compared to convalescent COVID patients with resolved symptoms (n=23) and uninfected control individuals (n=20). IgG and IgA antibodies specific to the SARS-CoV-2 spike were detected by a sensitive S-flow assay, which measures antibody binding to spike-expressing 293T cells. For CD4+ T cell response analyses, cytokine production was measured by intracellular staining on primary T cell lines stimulated by immunodominant peptides derived from the S, M, and N viral proteins. Results: Antibody analyses revealed either strong or very low/undetectable amounts of spike-specific IgG in sera from Long COVID patients, thus distinguishing a seropositive and a seronegative group. Seropositive Long COVID patients (n=21) showed strong CD4 responses that tended to be of higher magnitude than those of convalescents (P<0.05 for 2 immunodominant peptides). In contrast, seronegative Long COVID patients (n=15) showed low or undetectable CD4+ T cells responses, with 4/15 patients showing responses above those observed in healthy donors. CD4+ T cell responses correlated with spike-specific IgG responses in seropositive Long COVID patients (P≤0.002) but not in convalescents, pointing to differences in immune memory persistence. Conclusion: These findings highlight divergent adaptive immune responses among Long COVID patients, with a group characterized by seroconversion and particularly strong CD4+ T cell responses, and a second group characterized by low or undetectable antibody and cellular responses. Further studies are warranted to determine whether the etiology and the duration of symptoms differ in these two groups of Long COVID patients.

Immunogénicité du vaccin BNT162b2 chez les patients avec maladies auto-immunes sous immunosuppresseurs

Introduction L’émergence de nouvelles souches du SARS-CoV-2, telles que le variant Delta, présentant une réplication virale augmentée et la capacité d’échapper à la réponse immune soulève des inquiétudes chez les patients immunodéprimés. Cette étude avait pour objectif d’évaluer le taux de séroconversion, de neutralisation de différents variants, et la réponse lymphocytaire T en réponse à la vaccination par le BNT162b2 chez des patients avec maladies auto-immunes en fonction des traitements reçus. Patients et méthodes Étude prospective monocentrique réalisée à l’Hôpital Cochin (Paris) incluant des patients avec maladies auto-immunes traités par immunosuppresseurs et/ou immunomodulateurs, et des professionnels de santé comme contrôles. Les cas et les contrôles étaient exclus s’ils avaient une sérologie Covid-19 positive à l’inclusion. Le critère de jugement principal était la proportion d’anticorps anti-Spike et les titres de neutralisation croisée contre les variants Alpha et Delta à 3 mois (après deux doses de vaccin). Les critères de jugements secondaires étaient la réponse lymphocytaire T spécifique, la proportion d’infections à SARS-CoV-2 symptomatiques et la tolérance du vaccin. Résultats Soixante-quatre cas et 32 contrôles avec un âge médian respectif de 56 (39,5-59,5) et 52 (37,8-66,3) ans étaient inclus. Quatre groupes de traitements étaient défini: patients traités par rituximab (n=22), methotrexate (n=16), immunosuppresseurs conventionnels hors methotrexate (n=19), patients recevant des traitements connus pour ne pas avoir d’impact sur la réponse vaccinale (n=7). L’ensemble des cas avaient une production diminuée et retardée d’IgG et d’IgA anti-spike après vaccination par le BNT162b2, ceci de façon plus prononcée dans le groupe rituximab. Alors que 2 doses de vaccin induisaient une réponse humorale neutralisante contre les variants Alpha et Delta chez 100 % des contrôles, un seul patient sous rituximab (5 %) neutralisait Alpha et aucun Delta. Les autres groupes de traitements avaient une activité neutralisante partielle contre Alpha, et significativement diminuée contre Delta. Les réponses lymphocytaires T spécifiques étaient similaires entre les contrôles et les cas, à l’exception des patients sous metrotrexate qui avaient une réponse complètement abrogée après 1 dose et considérablement diminuée après 2 doses. Après 3 mois de suivi, 2 patients traités par rituximab présentaient une infection symptomatique peu sévère à SARS-CoV-2, 4 à 7jours après la seconde dose de vaccin. Quatre patients (6,3 %) présentaient une poussée de leur maladie auto-immune conduisant à une modification thérapeutique. Conclusion Le rituximab et le methotrexate impactent de façon différente l’immunogénicité du vaccin BNT162b2, en altérant respectivement les réponses humorales et cellulaires. Le variant Delta échappe complètement à la réponse humorale chez les patients traités par rituximab. Ces résultats soulignent la nécéssité de protocoles vaccinaux particuliers et d’autres traitements préventifs de l’infection dans cette population de patients.

Impact des inhibiteurs de checkpoints immunitaires au cours de la COVID-19 chez les patients atteints de mélanome

Introduction La restauration immunitaire induite par les inhibiteurs de checkpoints immunitaires ont révolutionné le pronostic des cancers métastatiques [1]. La contribution de cette stratégie thérapeutique pour la prise en charge des infections reste toutefois controversée, malgré quelques études en faveur de leur utilisation, notamment dans le contexte de paralysie immunitaire au décours d’un sepsis sévère [2], [3], ou dans les situations d’épuisement immunitaire au cours des infections virales chroniques [4], [5]. Au cours de la COVID-19, des études suggèrent qu’un état d’épuisement immunitaire en lien avec une anergie et/ou une déplétion des lymphocytes T serait partiellement responsable de la virulence du SARS-CoV-2 [6], [7], [8], [9], [10]. Certains proposent donc l’utilisation des anti-PD1 comme stratégie thérapeutique tandis que d’autres suggèrent qu’au contraire, elle pourrait aggraver l’hyperinflammation [11], [12]. Patients et méthodes Nous avons suivi de façon prospective 292 patients atteints de mélanome lors de la première vague de COVID-19 (de mars à juin 2020) dont la moitié était traitée par immunothérapie (anti-PD1±anti-CTLA4). Les patients présentant des symptômes de COVID-19 étaient dépistés par PCR. Une sérologie SARS-CoV-2 était recherchée de façon systématique. Les patients présentant une infection symptomatique active (<21 jours du début des symptômes, PCR positive) ou convalescente (>21 jours du début des symptômes, PCR négative, sérologie positive) ont été inclus pour une étude approfondie de la réponse immunitaire par une analyse transcriptionnelle (Nanostring), protéomique (SIMOA, Luminex) et cellulaire (cytométrie de masse). Résultats Quinze patients atteints de COVID-19 ont été identifiés (infection active ou convalescente) avec une estimation de la séroprévalence à 8,6 % de la cohorte. Quatre patients sur 15 ont nécessité une hospitalisation (26,7 %). Les données cliniques ne retrouvaient pas d’éléments en faveur d’une forme plus sévère de COVID-19 lors d’un traitement par anti-PD1, seul un patient ayant également une leucémie lymphoïde chronique, a développé une forme sévère de la COVID-19 et est décédé de défaillance respiratoire. L’analyse de la réponse immunitaire, en comparaison avec une cohorte de patients non traités par immunothérapie, retrouvait une réponse immunitaire innée semblable dans les deux cohortes. De même, le taux d’anticorps anti-Spike (IgG et IgA), la capacité neutralisante ainsi que la longévité des anticorps (suivi du taux sur une période d’1 an) étaient similaires en présence ou non d’un traitement par immunothérapie. En revanche, l’analyse de la réponse cellulaire mettait en évidence, chez les patients traités par immunothérapie, une expansion de la population de lymphocytes T CD8+ effecteurs mémoires, une augmentation de l’activation des lymphocytes T CD4+ et CD8+, et une augmentation la production d’IFN-gamma lors d’une stimulation ex-vivo par des peptides issus du SARS-CoV-2. Conclusion Nos résultats sont en faveur d’une augmentation de la réponse cellulaire T anti-SARS-CoV-2 lors d’un traitement par anti-PD1 chez les patients suivis pour mélanome, et de l’absence d’une exacerbation de la réponse inflammatoire. Il est nécessaire de confirmer ces résultats avec un plus grand nombre de patients, dans d’autres types de cancers et dans d’autres centres.

Type I interferon response and vascular alteration in chilblain-like lesions during the COVID-19 outbreak.

BACKGROUND: The outbreak of chilblain-like lesions (CLL) during the COVID-19 pandemic has been reported extensively, potentially related to SARS-CoV-2 infection, yet its underlying pathophysiology is unclear. OBJECTIVES: To study skin and blood endothelial and immune system activation in CLL in comparison with healthy controls and seasonal chilblains (SC), defined as cold-induced sporadic chilblains occurring during 2015 and 2019 with exclusion of chilblain lupus. METHODS: This observational study was conducted during 9-16 April 2020 at Saint-Louis Hospital, Paris, France. All patients referred with CLL seen during this period of the COVID-19 pandemic were included in this study. We excluded patients with a history of chilblains or chilblain lupus. Fifty patients were included. RESULTS: Histological patterns were similar and transcriptomic signatures overlapped in both the CLL and SC groups, with type I interferon polarization and a cytotoxic-natural killer gene signature. CLL were characterized by higher IgA tissue deposition and more significant transcriptomic activation of complement and angiogenesis factors compared with SC. We observed in CLL a systemic immune response associated with IgA antineutrophil cytoplasmic antibodies in 73% of patients, and elevated type I interferon blood signature in comparison with healthy controls. Finally, using blood biomarkers related to endothelial dysfunction and activation, and to angiogenesis or endothelial progenitor cell mobilization, we confirmed endothelial dysfunction in CLL. CONCLUSIONS: Our findings support an activation loop in the skin in CLL associated with endothelial alteration and immune infiltration of cytotoxic and type I IFN-polarized cells leading to clinical manifestations.