論文の概要: Rapid and stain-free quantification of viral plaque via lens-free holography and deep learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.00089v2
• Date: Thu, 22 Jun 2023 20:29:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-26 17:55:21.748569
• Title: Rapid and stain-free quantification of viral plaque via lens-free holography and deep learning
• Title（参考訳）: レンズレスホログラフィーとディープラーニングによるウイルスプラークの迅速・無染色定量化
• Authors: Tairan Liu, Yuzhu Li, Hatice Ceylan Koydemir, Yijie Zhang, Ethan Yang, Merve Eryilmaz, Hongda Wang, Jingxi Li, Bijie Bai, Guangdong Ma, Aydogan Ozcan
• Abstract要約: テストあたりのオブジェクトの0.32ギガピクセル/時間位相情報を、ラベルフリーで30x30mm2の範囲をカバーする。 ニューラルネットワークを用いて、VSVウイルスの複製による最初の細胞解離イベントを、インキュベーションから5時間後に自動的に検出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0185810603595686
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present a rapid and stain-free quantitative viral plaque assay using lensfree holographic imaging and deep learning. This cost-effective, compact, and automated device significantly reduces the incubation time needed for traditional plaque assays while preserving their advantages over other virus quantification methods. This device captures ~0.32 Giga-pixel/hour phase information of the objects per test well, covering an area of ~30x30 mm^2, in a label-free manner, eliminating staining entirely. We demonstrated the success of this computational method using vesicular stomatitis virus (VSV), herpes simplex virus (HSV-1) and encephalomyocarditis virus (EMCV). Using a neural network, this stain-free device automatically detected the first cell lysing events due to the VSV viral replication as early as 5 hours after the incubation, and achieved >90% detection rate for the VSV plaque-forming units (PFUs) with 100% specificity in <20 hours, providing major time savings compared to the traditional plaque assays that take at least 48 hours. Similarly, this stain-free device reduced the needed incubation time by ~48 hours for HSV-1 and ~20 hours for EMCV, achieving >90% detection rate with 100% specificity. We also demonstrated that this data-driven plaque assay offers the capability of quantifying the infected area of the cell monolayer, performing automated counting and quantification of PFUs and virus-infected areas over a 10-fold larger dynamic range of virus concentration than standard viral plaque assays. This compact, low-cost, automated PFU quantification device can be broadly used in virology research, vaccine development, and clinical applications.
• Abstract（参考訳）: レンズレスホログラフィーとディープラーニングを用いた迅速で無臭な定量的ウイルスプラークアッセイを行った。 このコスト効率が高くコンパクトで自動化された装置は、従来のプラークアッセイに必要なインキュベーション時間を著しく短縮し、他のウイルス定量法よりもその利点を保っている。 この装置は、テストあたりのオブジェクトの0.32ギガピクセル/時間位相情報を取り込み、ラベル無しで30x30mm^2の範囲をカバーし、完全に染色を除去する。 精巣性皮膚炎ウイルス (VSV) , 単純ヘルペスウイルス (HSV-1) および脳筋炎ウイルス (EMCV) を用いたこの計算法の有効性を実証した。 ニューラルネットワークを用いて、VSVウイルスの複製による最初の細胞除去イベントをインキュベーションから5時間以内に自動的に検出し、20時間以内で100%特異的なVSVプラーク形成ユニット(PFU)の検出率を90%以上達成し、48時間以上かかる従来のプラークアッセイと比較して、大幅な時間節約を実現した。 同様に、無染色装置は、必要なインキュベーション時間をHSV-1で約48時間、EMCVで約20時間短縮し、100%特異性で90%以上の検出率を達成した。 また、このデータ駆動型プラークアッセイは、細胞単層の感染領域を定量化し、標準のウイルスプラークアッセイよりも10倍大きなウイルス濃度のダイナミックレンジで、pfuおよびウイルス感染領域の自動計測および定量を行う能力を有することを実証した。 このコンパクトで低コストで自動化されたPFU定量化装置は、ウイルス研究、ワクチン開発、臨床応用に広く利用することができる。

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