Post-Pandemic Serosurveillance of RSV and Influenza: Development and Application of Multiplex Immunoassays

Abstract

With seasonal epidemics each year and several global pandemics, respiratory viruses represent a significant global health burden. Respiratory syncytial virus (RSV) and Influ- enza viruses are of particular concern as they have a severe impact on vulnerable popu- lations such as infants and the elderly and can trigger global pandemics through antigenic drift or zoonotic transmission. The disruption of viral seasonality caused by the SARS- CoV-2 pandemic has hampered continuous epidemiologic surveillance and highlighted the need for reliable serologic tools to assess immunity and infection status at the popu- lation level in times of limited clinical surveillance. The aim of this thesis was to develop and validate two antibody binding multiplex immu- noassays, RSV MIA and FLU MIA, that enable sensitive and subtype-resolved detection of virus-specific antibody responses in both serum and other sample matrixes. These as- says were then used to generate population-level serological data on RSV and Influenza immunity and infections within a longitudinal retrospective cohort study. The assays were then also used to investigate vaccine-induced immune responses, such as Influenza an- tibodies produced in an organ-on-chip model system. To achieve this, I developed and validated the RSV MIA and the FLU MIA according to EMA and FDA guidelines, enabling robust high-throughput quantification of antigen-specific antibody titers. To determine assay performance and to understand the immune response to an RSV/Influenza infec- tion, both assays were clinically validated using samples from human challenge studies. When used in a longitudinal population cohort study, RSV MIA could be used to identify seasonal RSV infections, often including the viral subtype. FLU MIA showed high sensitiv- ity in detecting broad and strain-specific humoral responses after both influenza vaccina- tion and seasonal infection, including seasonal patterns induced by circulating influenza strains between years. In the organ-on-chip system, FLU MIA successfully quantified an- tigen-specific antibodies in response to vaccine administration, confirming the ability of lymphoid tissue to elicit measurable immune responses ex vivo. Taken together, these re- sults underscore the versatility of both assays for seroepidemiologic studies and vaccine testing platforms. By enabling detailed analyses of infection- and vaccine-induced hu- moral immunity, these assays provide a valuable foundation for future epidemiologic sur- veillance and next-generation vaccine evaluation.

Dissertation ist gesperrt bis 30. November 2026 !

Mit jährlichen saisonalen Epidemien und mehreren globalen Pandemien stellen Atem- wegsviren eine erhebliche globale Gesundheitsbelastung dar. Respiratorische Synzytial- viren (RSV) und Influenzaviren sind dabei äußerst besorgniserregend, da sie schwerwie- gende Auswirkungen auf gefährdete Bevölkerungsgruppen wie Kleinkinder und ältere Menschen haben und durch Antigendrift oder zoonotische Übertragung globale Pande- mien auslösen können. Die durch die SARS-CoV-2-Pandemie verursachte Unterbrechung der viralen Saisonalität hat die kontinuierliche epidemiologische Überwachung erschwert und den Bedarf an zuverlässigen serologischen Methoden zur Bewertung der Immunität und des Infektionsstatus auf Bevölkerungsebene deutlich gemacht. Ziel dieser Arbeit war es, zwei multiplexe Immunoassays, namentlich RSV MIA und FLU MIA, zu entwickeln und zu validieren, die einen sensitiven und subtypenbezogenen Nach- weis von virusspezifischen Antikörperantworten in Serum und anderen Probenmateria- lien ermöglichen. Beide Assays wurden verwendet, um im Rahmen einer retrospektiven longitudinalen Kohortenstudie serologische Daten zur RSV- und Influenza-Immunität auf Bevölkerungsebene zu gewinnen. Die Assays wurden auch zur Untersuchung von impf- sto\induzierten Immunantworten eingesetzt. Zu diesem Zweck habe ich RSV MIA und FLU MIA gemäß EMA- und FDA-Richtlinien entwickelt und validiert. Um die Performance beider Assays zu ermitteln und die Immunantwort auf eine RSV-/Influenza-Infektion zu verstehen, wurden sie anhand von Proben aus klinischen Studien validiert. RSV MIA konnte zur Identifizierung saisonaler RSV-Infektionen mit häufig richtig bestimm- tem zirkulierendem Subtyp verwendet werden. FLU MIA zeigte eine hohe Sensitivität bei der Erkennung stammspezifischer humoraler Immunantworten nach Grippeschutzimp- fungen und saisonalen Infektionen. Im Organ-on-Chip-System quantifizierte FLU MIA an- tigenspezifische Antikörper als Reaktion auf die Verabreichung eines Impfsto\s und be- stätigte damit die Fähigkeit des lymphatischen Gewebes, messbare Immunantworten ex vivo hervorzurufen. Zusammengenommen unterstreichen diese Ergebnisse die Vielseitig- keit beider Assays für seroepidemiologische Studien und Impfsto\testplattformen. Durch die Möglichkeit einer detaillierten Analyse der infektions- und impfsto\induzierten humoralen Immunität bieten beide Assays eine wertvolle Grundlage für die Epidemiologie und die Bewertung von neuartigen Impfsto\en.