AI と光学によりウイルス検出が高速化
研究者らは、ウイルスを検出および定量するための標準的な方法であるウイルスプラークアッセイの自動化バージョンを開発しました。 この新しい方法では、タイムラプス ホログラフィック イメージングとディープ ラーニングを使用して、検出時間を大幅に短縮し、染色と手作業による計数を排除します。 この進歩は、新しいワクチンや抗ウイルス薬の開発を合理化するのに役立つ可能性があります。
カリフォルニア大学ロサンゼルス校 (UCLA) の Ozcan Lab の Yuzhu Li 氏は、2023 年 10 月 9 日から 12 日までタコマのグレーター タコマ コンベンション センターで開催されるフロンティアズ イン オプティクス + レーザー サイエンス (FiO LS) でこの研究を発表します。 (シアトル都市圏)、ワシントン州。
「この技術は、従来のウイルスプラークアッセイと比較して検出時間を短縮することにより、必要な検出時間を大幅に短縮し、化学染色や手作業による計数を完全に排除することで、ワクチンや医薬品の開発研究を促進するのに役立つ可能性があるとリー氏は説明する。」ウイルスの発生により、ワクチンや抗ウイルス治療法が大幅に加速して開発、試験、一般公開される可能性があり、その結果、ウイルスによる健康上の緊急事態への対応時間が短縮されるでしょう。」
ウイルス プラーク アッセイは、ウイルスの感染性を評価し、サンプル中のウイルスの量を定量化するための費用対効果の高い方法ですが、実行には時間がかかります。 サンプルはまず希釈され、次に培養細胞に添加されます。 ウイルスが感染細胞を殺すと、細胞のない領域、つまりプラークが発生します。 その後、専門家が染色されたプラーク形成単位 (PFU) を手動で数えますが、このプロセスは染色の不規則性や人間による数え間違いの影響を受けやすいプロセスです。
新しい無染色自動ウイルスプラークアッセイシステムは、手動プラーク計数を、インキュベーション中に PFU の時空間的特徴を画像化するレンズフリーのホログラフィック画像化システムに置き換えます。 次に、深層学習アルゴリズムを使用して、観察された変化に基づいて PFU を検出、分類、特定します。
彼らのシステムの有効性を示すために、研究者らは培養細胞に水疱性口内炎ウイルスを感染させました。 わずか 20 時間のインキュベーション後、自動システムは偽陽性なしでウイルス PFU の 90% 以上を検出しました。 これは、このウイルスの培養に 48 時間かかる従来のプラークアッセイよりもはるかに高速でした。 彼らはまた、自動化されたアプローチを単純ヘルペス ウイルス 1 型と脳心筋炎ウイルスにも適用しました。 彼らは、これらのウイルスの潜伏時間がさらに短く、それぞれ平均約 48 時間と 20 時間を節約できることを実証しました。
研究者らは、すべての時点で偽陽性は検出されなかったと報告しています。 さらに、このシステムは、PFU クラスターが形成される前の初期増殖中に個々の PFU を識別できるため、従来のアプローチよりも約 10 倍高いウイルス濃度のウイルスサンプルの分析に使用できます。
「次のステップとして、UCLAの研究者らは、さまざまな種類のウイルスに対する感度と特異性をさらに高めるためにシステム設計を改良し、実験室や産業環境で広く採用される道を切り開いている」とリー氏は語った。「彼らはまた、他の潜在的な応用も模索している」抗ウイルス薬のハイスループットかつ費用対効果の高いスクリーニングのためのウイルス学研究におけるこの技術の活用。」
光学 + レーザー科学のフロンティアについて
Frontiers in Optics は、Optica (旧 OSA) の年次総会であり、米国物理学会のレーザー科学部門の年次総会である Laser Science と併催されます。 2 つの会議では、物理学、生物学、化学の分野にわたる光学およびフォトニクスのトピックの多様なコレクションにおける包括的かつ最新の研究のために、両方の学会のコミュニティが統合されます。 2023 FiO LS カンファレンスは、オンラインで視聴できる追加のオンデマンド コンテンツを含む数百のライブ寄稿講演や招待講演を特徴とする対面イベントとして開催されます。 メディア登録は資格情報があれば無料です。 デジタル資産はご要望に応じてご利用いただけます。