Linear mixed-effects model for the analysis of antibody kinetics following vaccination with BNT162b2 mRNA COVID-19 vaccine. Cohort of health care workers

Abstract

Introduction: In December 2020, healthcare workers (HCW) started being vaccinated against COVID-19 with the BNT162b2 mRNA vaccine. Objectives: To analyze humoral kinetics over 10 months and the effect of gender, age and prevaccination antibody (Ab) levels in vaccination against COVID-19. Methods: In a university hospital center, HCW were able to measure anti-spike IgG (SARS-CoV- 2 IgG II Abbott assay) at 5 time points: up to 72 hours pre-vaccination (T0) and post-vaccination at 15 days (T1), 3, (T2) 6 (T3) and 10 months (T4). HCW who completed vaccination scheme and with T0 Ab assessment, where included. We modeled the decrease in log10 transformed Ab levels, with a linear mixed-effects model. We included as covariates time (months), gender, age and presence of Ab >50 AU/ml pre-vaccination (naïve vs non-naïve). We compared the models with different covariates with the AIC. Significance was set at 0.05. We performed the analysis with the R software. Results: 4443 HCW participated (mean age 43.9 years, 75% female). After vaccination, Ab values increased significantly (Median (Md) <6.8 AU/ml vs 20.9x103 AU/ml IQR 13.0-32.1x103 AU/ml, P<0.001) and progressively decreased over 10 months (Md 600 AU/ml IQR 400-1000 AU/ml, P<0.001). Women, young and non-naïve HCW showed higher values at T1, T2, T3 and T4. The final model included random effects for the origin and slope. Gender, age, and pre-vaccination status independently contributed to IgG values (estimated coefficient for female gender 0.07, P<0.001; age (1 year) -0.001, P<0.001; non-naïve 0.23, P<0.001). Ab decreased by an average of 0.16/month (P<0.001). Non-naïves declined more slowly (interaction with time 0.04, P<0.001). Discussion/Conclusion: Our data support evidence regarding post-vaccination Ab kinetics. Serological assessment can guide the need for boosters in groups prone to lower titers.

Introdução: Em dezembro de 2020 iniciou-se a vacinação contra a COVID-19 em profissionais de saúde (PS) com a vacina de mRNA BNT162b2. Objetivos: Analisar a cinética humoral após a vacinação contra a COVID-19, ao longo de 10 meses e o efeito do género, idade e níveis de anticorpos (Ac) pré-vacinação. Métodos: Num centro hospitalar universitário, os Profissionais de Saude (PS) puderam titular a IgG anti-spike (SARS-CoV-2 IgG II Quant assay Abbott) em 5 momentos: até 72 horas prévacinação (T0) e pós-vacinação aos 15 dias (T1), 3, (T2) 6 (T3) e 10 meses (T4). Incluímos os PS com vacinação completa com a vacina de mRNA BTN161b2 e titulação em T0. Modelámos a diminuição da transformação log 10 dos valores de Ac, com um modelo linear de efeitos aleatórios mistos. Incluímos o tempo, género, idade e presença de Ac >50 UA/ml pré-vacinação (naïves vs não naïves). Comparámos os modelos com diferentes covariáveis através do AIC. Fixou-se a significância em 0.05. Realizámos a análise com o software R. Resultados: Participaram 4443 PS (idade média 43.9 anos, 75% do género feminino). Após a vacinação, os valores de Ac aumentaram significativamente (Mediana (Md) <6.8 UA/ml vs 20.9x103 UA/ml AIQ 13.0-32.1x103 UA/ml, P<0.001) e diminuíram progressivamente ao longo de 10 meses (Md 600 UA/ml AIQ 400-1000 UA/ml, P<0.001). Mulheres, jovens (18 a 36 anos) e não naïves apresentaram valores superiores em T1, T2, T3 e T4. O modelo final incluiu efeitos aleatórios na origem e declive. O género, idade e status pré-vacinação contribuíram de forma independente para os valores de IgG (coeficiente estimado para o género feminino 0.07, P<0.001; idade (1 ano) -0.001, P<0.001; não naïve 0.23, P<0.001). Os Ac diminuíram em média 0.16/mês (P<0.001). Os não naïves diminuíram mais lentamente (interação com tempo 0.04, P<0.001). Discussão/Conclusão: Os nossos dados sustentam evidência relativa a cinética dos Ac pósvacinação. A avaliação sorológica pode orientar a necessidade de reforços em grupos propensos a títulos inferiores.