Influence of SARS-CoV-2 mRNA BNT161b2 Vaccination on Humoral and Cellular Immunity in Pediatric Stem Cell Transplant Patients

Abstract

Pediatric stem cell transplant recipients (SCTR) are at increased risk of developing SARS-CoV-2 infection-related complications. It is therefore important to ensure appropriate SARS-CoV-2 vaccine efficacy in these patients. However, data for this at-risk group are scarce and it remains largely unaddressed whether these patients exhibit attenuated or altered humoral and cellular immune responses to SARS-CoV-2 mRNA vaccination. Herein, it was shown, that the majority of pediatric SCTR generated a robust humoral IgG and IgA response comparable to age-matched healthy controls (HC) following the second SARS-CoV-2 mRNA vaccination but significantly profited from the booster vaccination, especially with regard to the generation of Omicron neutralization capacity. Cellular responses acquired following the third vaccination were characterized by multiple quantitative and functional impairments when compared to HC. In general, the frequency of SARS-CoV-2-specific B cells in patients remained four times lower in SCTR than that observed in controls. Additionally, SCTR exhibited elevated frequencies of vaccine-specific CD4+ T cells after third vaccination that were characterized by a reduced capacity for production of anti-viral IFN-γ along with a simultaneous increase in IL-2 expression. This functional phenotype was correlated with time since transplantation.

Empfänger von Stammzelltransplantaten (SCTR) sind aufgrund der tiefgreifenden Auswirkungen des Transplantationsprozesses auf ihr Immunsystem einem erhöhten Risiko durch COVID-19 ausgesetzt, was die Notwendigkeit effektiver Impfstrategien unterstreicht. Insbesondere bei pädiatrischen Patienten sind Daten zur Immunogenität der SARS-CoV-2 mRNA-Impfung begrenzt und es bleibt weitgehend ungeklärt, ob und inwiefern eine SARS-CoV-2-impfspezifische humorale und zelluläre Immunität bei diesen Patienten verändert ist. Während pädiatrische SCTR bereits nach der zweiten Impfung zu gesunden Probanden vergleichbare IgG Titer zeigten, wurden für IgA und neutralisierende Antikörper gegen die Omicron-Variante erst nach Booster-Impfung zu den Kontrollen vergleichbare Niveaus erreicht. Frequenzen SARS-CoV-2-spezifischer B-Zellen in SCTR nahmen zwar nach der dritten Impfdosis signifikant zu, blieben jedoch im Vergleich zu den Kontrollen weiterhin um das Vierfache reduziert. Weiterhin zeigte die Mehrheit der eingeschlossenen Probanden eine Vakzin-spezifische CD4+ T-Zellantwort. Zugleich zeichneten sich Patienten im Vergleich zu den Kontrollen durch signifikant höhere CD4+ T-Zell Frequenzen nach der dritten Dosis aus. Eine funktionelle Analyse ergab bei Patienten signifikant verminderte Frequenzen spezifischer CD4+IFN-γ+ T-Zellen verbunden mit einer Zunahme von IL-2-Produzenten im Vergleich zu den Kontrollen für die beiden betrachteten Zeitpunkte. Zusammenfassend identifiziert die vorliegende Studie deutliche quantitative und qualitative Beeinträchtigungen innerhalb der B- und CD4+ T-Zellkompartimente nach der SARS-CoV-2-Impfung und unterstreicht mit ihrem Ergebnis die Notwendigkeit einer dritten SARS-CoV-2-Impfung für pädiatrische SCTR zur Ausbildung einer adäquaten Impfantwort, insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung neutralisierender Antikörper.