An analysis of the antibody response in clinically mild to moderate SARS-CoV-2 infections: A comparison of two commercial immunoassays (ELISA and surrogate neutralization test) with a live virus neutralization test as a reference

Abstract

Die SARS-CoV-2 Pandemie, die zu Beginn 2020 ihren Anfang nahm, erforderte die Planung gesundheitspolitischer Maßnahmen. In deren Rahmen eröffnete sich die Frage, ob es möglich wäre, anhand von Antikörpertestungen Aussagen über den virusspezifischen Immunitätsstatus der Bevölkerung zu treffen. Die Goldstandardmethode zur Evaluierung der virusspezifischen humoralen Immunantwort, war und ist der Neutralisationstest (NT). Er ermöglicht eine Quantifizierung neutralisierender Antikörper (nAK), die aufgrund ihrer funktionellen Wirkung die höchste Spezifität als Indikator der humoralen Immunität besitzen. NTs sind allerdings sehr zeitaufwendig und erfordern hochspezialisierte Labore, da mit lebenden Viren gearbeitet wird. Aufgrund der eingeschränkten Anwendbarkeit des NTs wurde im Lauf der Pandemie an alternativen, standardisierbaren Testverfahren zur Bestimmung von SARS-CoV-2 spezifischen nAK geforscht. Neben dem NT kommen für die Messung der virusspezifischen humoralen Immunantwort unter anderem Enzyme-linked Immunosorbent Assays (ELISAs) und Surrogat-Virus-Neutralisationstests (sVNTs) zum Einsatz. In dieser Arbeit wurden zwei kommerzielle Immunoassays, ein ELISA und ein sVNT mit einem in-house NT als Referenz verglichen. In einer retrospektiven Analyse wurden Serumproben von 425 rekonvaleszenten COVID-19 Patient:innen mittels des Anti-SARS-CoV-2-QuantiVac ELISA und des SARS-CoV-2-NeutraLisa sVNT der Firma Euroimmun (Lübeck, Deutschland) analysiert. Die Kohorte beinhaltete außerdem 14 Patient:innen nach SARS-CoV-2 Infektion, mit zusätzlicher COVID-19 Impfung. Die Sensitivität der beiden Assays für die Detektion einer zurückliegenden SARS-CoV-2 Infektion in Bezug auf PCR-bestätigte Proben lag zwischen 44% und 74%, während die Sensitivität für die Messung von nAK in Bezug auf den NT 52% bis 85% betrug. Der Anti-SARS-CoV-2-QuantiVac ELISA und der SARS-CoV-2-NeutraLisa erreichten eine Korrelation (r) von 0,84 bzw. 0,83 in Vergleich mit dem NT. Zur Analyse der testspezifischen Differenzierungsmöglichkeit von hohen (NT≥80) und niedrigen (NT<80) nAK-Spiegeln wurden Grenzwertoptimierungskurven erstellt. Dabei zeigte sich eine gute Eignung beider Assays für die Differenzierung entsprechender Proben (AUC 0,9349 bzw. 0,9522 für den Anti-SARS-CoV-2-QuantiVac ELISA bzw. den SARS-CoV-2-NeutraLisa). Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit bestätigen eine ausreichende Korrelation kommerzieller, SARS-CoV-2 variantenspezifischer serologischer Assays mit dem Neutralisationstest, die bei moderaten bis hohen nAK-Spiegeln am besten war.The onset of the SARS-CoV-2 pandemic in 2020 and the planning of health policy measures made it necessary to quickly assess virus-specific immunity within the population. The gold standard for evaluating virus-specific humoral immune response was and is the live-virus neutralization test (NT). It enables the quantification of neutralizing antibodies (nAb), which functionally contribute to immunity against SARS-CoV-2 and therefore have the highest specificity for assessing humoral immunity. However, NTs are time-consuming and require highly specialized laboratories. Due to the limited applicability of NT, research was conducted on alternative, standardized test methods for determining SARS-CoV-2 specific nAbs. Among others, Enzyme-linked Immunosorbent Assays (ELISAs) and surrogate virus neutralization tests (sVNTs) are used to measure the virus-specific humoral immune response.In this study, two commercial immunoassays were compared with an in-house NT as reference. In a retrospective analysis, serum samples from 425 convalescent COVID-19 patients were tested using the Anti-SARS-CoV-2-QuantiVac ELISA and SARS-CoV-2-NeutraLisa. The cohort also included 14 patients who had received one dose of COVID-19 vaccination after SARS-CoV-2 infection. The sensitivity of the two assays varied between 44% and 74% for the detection of PCR-confirmed prior SARS-CoV-2 infections and increased to 53% and 85% for the detection of nAbs when positivity in the NT was used as the reference. The Anti-SARS-CoV-2-QuantiVac ELISA and the SARS-CoV-2-NeutraLisa achieved a correlation (r) of 0.84 and 0,83, respectively, when compared to the NT. To determine the test-specific ability to discriminate between high (NT≥80) and low (NT<80) nAb titers, receiver operating curve analyses were performed. Both assays demonstrated a good performance in the discrimination of respective samples (AUC 0.9349 and 0.9522, respectively, for the Anti-SARS-CoV-2-QuantiVac ELISA and the SARS-CoV-2-NeutraLisa). The results of the current study indicate an adequate correlation between commercial SRS-CoV-2 variant-specific serological assays and a neutralization assay, especially in samples with moderate to high nAb levels.Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersDiplomarbeit Medizinische Universität Wien 202