Antibody Response (IgM and IgG) After Two Doses of Immunization Against SARS-CoV-2 and Comparison of Two Different Third Dose Administrations

Özet

Türkiye'deki ilk SARS-CoV-2 aşı kampanyası, CoronaVac (Sinovac Life Sciences Co., Ltd., Beijing, China) ile sağlık çalışanları için Ocak 2021 ayı ortasında başladı. İkinci hatırlatma dozu 21 gün-bir ay ara ile uygulandı. Temmuz 2021'den itibaren (ikinci dozdan 4-4.5 ay sonra) Türkiye Cumhuriyeti Sağlık Bakanlığı, sağlık çalışanları ve 50 yaş üstü kişiler için üçüncü hatırlatma dozunu önerdi. Bu dönemde bireylere üçüncü doz aşılaması için CoronaVac veya bir mRNA aşısı olan BNT162b2 (Pfizer‐BioNTech, Inc) seçeneği verildi. Böylece toplumda heterojen bir aşı bağışıklığı ortaya çıktı. Bu çalışmada, iki doz SARS-CoV-2 aşısı sonrasında IgM ve IgG antikor yanıtı ve bu yanıtı etkileyen faktörlerin araştırılması, bunun yanında üç doz homojen ve heterojen aşı yanıtının karşılaştırılması amaçlandı. Çalışmaya, Bursa Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Sağlık Uygulama ve Araştırma Merkezi’nde görevli olup SARS-CoV-2’ye karşı en az iki doz bağışıklanmış 21-65 yaş aralığında 512 gönüllü dahil edildi. Katılımcıların demografik verileri, özgeçmişleri (kronik hastalık varlığı, SARS-CoV-2 bulaşı için riskli temas ve COVID-19 enfeksiyonu öyküsü) ve bağışıklanma özellikleri hazırlanan bir anketle sorgulanarak kayıt altına alındı. Katılımcılar ikinci doz aşı uygulamasından sonra ay olarak geçen süre (bir-beş ay) ve uygulanan aşı (CoronaVac veya BNT162b2) dikkate alınarak beş ana gruba ayrıldı. Grup 1b (n=11); ikinci BNT162b2 aşısından bir ay sonra, grup 1c (n=12); ikinci CoronaVac aşısından bir ay sonra, grup 2 (n=9); ikinci CoronaVac aşısından iki ay sonra, grup 3 (n=27); ikinci CoronaVac aşısından üç ay sonra, grup 4 (n=418); ikinci CoronaVac aşısından dört ay sonra ve grup 5 (n=35); ikinci CoronaVac aşısından beş ay sonra kan örnekleri alınanlardan oluşmaktaydı. Grup 4’e dahil olan ve üçüncü doz aşı uygulanan 52 katılımcıdan bir ay sonra tekrar kan örneği alındı. Bu katılımcılarda iki farklı üçüncü doz aşıdan [BNT162b2; grup 4b (n=30) ve CoronaVac; grup 4c (n=22)] sonra oluşan IgG düzeyleri karşılaştırıldı. SARS-CoV-2 IgM ve IgG yanıtı Bursa Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Mikrobiyoloji Laboratuvarı’nda SARS-CoV-2 IgM (Abbott, ABD) ve IgG Quant II (Abbott, ABD) kitleri kullanılarak kemilüminesans temelli bir yöntemle Architect i2000SR (Abbott, ABD) otoanalizöründe gerçekleştirildi. Bu çalışmada iki doz SARS-CoV-2 aşısı ile tüm gruplarda yüksek oranda (>%80) anti-S IgG serokonversiyonu saptandı. Sadece aşılılarda IgG ortanca değerleri grup 1b, 1c, 2, 3, 4 ve 5’te sırasıyla 4315.3 AU/mL (24-10337), 721.5 AU/mL (154-1430), 842.5 AU/mL (365-4447), 183.0 AU/mL (14-1635), 165.0 AU/mL (4-31796) ve 110.0 AU/mL (28-8757) idi. İki doz CoronaVac aşısı sonrası, grup 3, 4 ve 5’te ortanca IgG değerleri grup 1c ile karşılaştırıldığında anlamlı olarak düşüktü (sırasıyla p değerleri: 0.034, 0.006, 0.001). IgM pozitifliği aşıdan bir, iki ve üç ay sonra kan alınan katılımcılarda %12.5-33.5 arasında, dört ve beş ay sonra kan alınanlarda ise %3.2-4.3 aralığındaydı (p=0.001). Homojen bağışıklama ile [üç doz CoronaVac (grup 4c): ortanca 1707.0 AU/mL (304-8322)] karşılaştırıldığında, heterojen bağışıklamanın [iki doz CoronaVac ve bir doz BNT162b2 (grup 4b): ortanca 11084.5 AU/mL (2948-40000)] daha yüksek SARS-CoV-2 IgG antikor seviyeleri sağladığı bulundu (p=0.001). İkinci doz CoronaVac’tan dört ay sonra antikor (IgM ve IgG) yanıtını etkileyen faktörler incelendiğinde; aşılanma ile beraber doğal enfeksiyon geçirmiş olma öyküsü olan (doğal bağışıklığa sahip) katılımcılarda IgM ve IgG yanıtı daha yüksek bulundu (p=0.001). İleri yaşta (>60) olmanın IgG düzeylerini en olumsuz etkileyen faktör olduğu tespit edildi (p=0.001). Daha önceki çalışmalardan farklı olarak, komorbidite varlığı ve cinsiyetin ikinci dozdan dört ay sonra aşı yanıtını etkilemediği saptandı. Riskli temas öyküsü ve pandemi kliniğinde çalışmanın antikor yanıtını değiştirmediği bulundu. Değerlendirilenler arasında IgM pozitifliğini etkileyen tek faktör, aşı bağışıklığı ve doğal bağışıklığın birlikte olmasıydı. CoronaVac aşısından üç ay sonrası itibarı ile anti-S IgG antikor düzeylerinin düşük olması, özellikle ileri yaş gruplarında olmak üzere koruyuculuğu olumsuz etkileyebilir. Bu durum hatırlatma dozlarının planlanması açısından yol gösterici olsa da, asıl koruyucu etkinin nötralizan antikor yanıtıyla belirleneceği ve T hücre yanıtının önemi unutulmamalıdır.

Abstract

Türkiye's first SARS-CoV-2 vaccination campaign started with an inactivated vaccine (Sinovac Life Sciences Co., Ltd., Beijing, China) mid-January 2021 for healthcare workers. The second dose was administered at an interval of 21 days-one month. As of July 2021 (4-4.5 months after the second dose), the Republic of Türkiye Ministry of Health suggested the third vaccination dose for healthcare workers and people over 50. The individuals could select between the choice of CoronaVac or an mRNA vaccine BNT162b2 (Pfizer‐BioNTech, Inc) for the third dose vaccination. Thus, a heterogeneous immunization emerged in society. This study is aimed to investigate the humoral response (IgG and IgM) after two doses of the SARS-CoV-2 vaccine and the possible effects of factors for this response, as well as to compare the third dose of homogeneous and heterogeneous vaccine administration. The study included 512 volunteers who are 21-65 years old that have been immunized against SARS-CoV-2 in at least two doses, working at Bursa Uludag University Faculty of Medicine Health Application and Research Center. The demographic characteristics of the participants (such as age, gender, and place of duty), background (presence of chronic disease, risky contact for SARS-CoV-2 transmission, and history of COVID-19 infection), and immunization characteristics were obtained with a questionnaire. Participants were divided into five main groups regarding the time elapsed months after the second dose and the type of vaccine administered (CoronaVac or BNT162b2). Group 1b (n=11); (blood samples were taken) one month after the second dose of BNT162b2 vaccine, group1c (n=12); one month after the second dose of CoronaVac, group 2 (n=9); two months after the second dose of CoronaVac vaccine, group 3 (n=27); three months after of CoronaVac vaccine, group 4 (n=418); four months after the second dose of CoronaVac vaccine and group 5 (n=35); five months after the second dose of CoronaVac vaccine. One month later, blood samples were taken from 52 participants in group 4 who received the third dose of the vaccine. In these participants, IgG levels were compared after two different third-dose vaccines [BNT162b2; group 4b (n=30) and CoronaVac; group 4c (n=22)]. SARS-CoV-2 IgM and IgG responses were evaluated by SARS-CoV-2 IgM (Abbott, USA) and IgG Quant II (Abbott, USA) kits on Architect i2000SR (Abbott, USA) autoanalyzer with a chemiluminescent based method at Bursa Uludag University Faculty of Medicine Medical Microbiology Laboratory. In this study, a high rate (>80%) of anti-S IgG seroconversion was observed in all groups given two doses of the SARS-CoV-2 vaccine. The median IgG levels in groups 1b, 1c, 2, 3, 4, and 5 were 4315.3 AU/mL (24-10337), 721.5 AU/mL (154-1430), 842.5 AU/mL (365-4447), 183.0 AU/mL (14-1635), 165.0 AU/mL (4-31796) and 110.0 AU/mL (28-8757), respectively. After CoronaVac vaccination with two doses, groups 3, 4, and 5 had low levels of anti-SARS-CoV-2 IgG compared to group 1c (p values: 0.034, 0.006, and 0.001, respectively). IgM positivity was between 12.5-33.5% in the participants whose blood samples were obtained at one, two, and three months after the vaccination and 3.2-4.3% in the participants after four and five months (p=0.001). The heterogeneous immunization [two doses of CoronaVac and one dose of BNT162b2: median 11084.5 AU/mL (2948-40000)] has provided higher SARS-CoV-2 IgG levels compared to homogeneous immunization [three doses of CoronaVac: median 1707.0 AU/mL (304-8322)] (p<0.001). When the factors that affect the vaccine response were examined four months after two doses of the CoronaVac vaccine, IgM and IgG responses were higher in participants who also had past COVID-19 infection history (p=0.001). Advanced age (>60) was the most critical negative factor in IgG levels (p=0.001). Unlike previous research, it was found that the presence of comorbidity and gender did not affect the vaccine response after four months. Having a high-risk contact history and working in high-risk areas (pandemic ward) did not affect the antibody response. Among the factors evaluated, the only factor affecting IgM positivity was the combination of vaccine and natural immunity. Decreased levels of anti-S IgG antibody three months after the CoronaVac vaccine may affect the protection, especially in advanced age groups. Although this situation creates a guide for the planning of booster doses, the neutralizing antibody and T-cell response are important for protection.