La IA y la óptica aceleran la detección de virus

Los investigadores han desarrollado una versión automatizada del ensayo de placa viral, el método estándar para detectar y cuantificar virus. El nuevo método utiliza imágenes holográficas de lapso de tiempo y aprendizaje profundo para reducir en gran medida el tiempo de detección y eliminar las tinciones y el conteo manual. Este avance podría ayudar a agilizar el desarrollo de nuevas vacunas y medicamentos antivirales.

Yuzhu Li del Ozcan Lab de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), presentará esta investigación en Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS), que se llevará a cabo del 9 al 12 de octubre de 2023 en el Greater Tacoma Convention Center en Tacoma. (Área metropolitana de Seattle), Washington.

"Al reducir el tiempo de detección en comparación con los ensayos de placa viral tradicionales, esta técnica podría ayudar a acelerar la investigación sobre el desarrollo de vacunas y fármacos al reducir significativamente el tiempo de detección necesario y eliminar por completo la tinción química y el conteo manual", explica Li. brote de virus, vacunas o tratamientos antivirales podrían desarrollarse, probarse y ponerse a disposición del público a un ritmo significativamente acelerado, lo que resultaría en un tiempo de respuesta más rápido a las emergencias de salud inducidas por virus".

Aunque el ensayo de placa viral es una forma rentable de evaluar la infectividad del virus y cuantificar la cantidad de virus en una muestra, su realización requiere mucho tiempo. Primero se diluyen las muestras y luego se añaden a las células cultivadas. Si el virus mata las células infectadas, se desarrolla una región libre de células (una placa). Luego, los expertos cuentan manualmente las unidades formadoras de placa (UFP) teñidas, un proceso que es susceptible a irregularidades en la tinción y errores de conteo humano.

El nuevo sistema de ensayo de placa viral automatizado sin tinciones reemplaza el recuento manual de placas con un sistema de imágenes holográficas sin lentes que visualiza las características espaciotemporales de las UFP durante la incubación. Luego se utiliza un algoritmo de aprendizaje profundo para detectar, clasificar y localizar PFU en función de los cambios observados.

Para demostrar la eficacia de su sistema, los investigadores infectaron células cultivadas con el virus de la estomatitis vesicular. Después de sólo 20 horas de incubación, el sistema automatizado detectó más del 90% de las UFP virales sin falsos positivos. Esto fue mucho más rápido que el ensayo de placa tradicional, que requiere 48 horas de incubación para este virus. También aplicaron el enfoque automatizado al virus del herpes simple tipo 1 y al virus de la encefalomiocarditis. Demostraron tiempos de incubación aún más cortos para estos virus, ahorrando un promedio de alrededor de 48 y 20 horas, respectivamente.

Los investigadores informan que no se detectaron falsos positivos en todos los momentos. Además, debido a que el sistema puede identificar UFP individuales durante su crecimiento inicial, antes de la formación de grupos de UFP, se puede utilizar para analizar muestras virales con concentraciones de virus aproximadamente 10 veces más altas que los enfoques tradicionales.

"En cuanto a los próximos pasos, los investigadores de UCLA están mejorando el diseño de su sistema para aumentar aún más su sensibilidad y especificidad para varios tipos de virus, allanando el camino para una amplia adopción en entornos industriales y de laboratorio", dijo Li. "También están explorando otras aplicaciones potenciales de esta técnica en la investigación virológica para la detección rentable y de alto rendimiento de medicamentos antivirales".

Acerca de las fronteras en óptica + ciencia del láser

Frontiers in Optics, la reunión anual de Optica (anteriormente OSA) se presenta con Laser Science, la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Física, División de Ciencia del Láser. Las dos reuniones unen a comunidades de ambas sociedades para una investigación integral y actual en una colección diversa de temas de óptica y fotónica y en las disciplinas de física, biología y química. La Conferencia FiO LS de 2023 se llevará a cabo como un evento en persona con cientos de charlas invitadas y aportadas en vivo con contenido adicional a pedido disponible para ver en línea. El registro de medios es gratuito con credencial. Los activos digitales están disponibles según lo solicitado.

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