L'IA et l'optique accélèrent la détection des virus

Les chercheurs ont développé une version automatisée du test de plaque virale, la méthode de référence pour détecter et quantifier les virus. La nouvelle méthode utilise l’imagerie holographique accélérée et l’apprentissage profond pour réduire considérablement le temps de détection et éliminer les colorations et le comptage manuel. Cette avancée pourrait contribuer à rationaliser le développement de nouveaux vaccins et médicaments antiviraux.

Yuzhu Li du Ozcan Lab de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) présentera cette recherche à Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS), qui se tiendra du 9 au 12 octobre 2023 au Greater Tacoma Convention Center à Tacoma. (Région du Grand Seattle), Washington.

"En réduisant le temps de détection par rapport aux tests traditionnels sur plaques virales, cette technique pourrait aider à accélérer la recherche sur le développement de vaccins et de médicaments en réduisant considérablement le temps de détection nécessaire et en éliminant complètement la coloration chimique et le comptage manuel, explique Li." En cas d'épidémie virale, des vaccins ou des traitements antiviraux pourraient être développés, testés et mis à la disposition du public à un rythme considérablement accéléré, ce qui entraînerait un temps de réponse plus rapide aux urgences sanitaires induites par le virus.

Bien que le test de plaque virale soit un moyen rentable d’évaluer le pouvoir infectieux du virus et de quantifier la quantité de virus dans un échantillon, sa réalisation prend du temps. Les échantillons sont d’abord dilués puis ajoutés aux cellules cultivées. Si le virus tue les cellules infectées, une région exempte de cellules – une plaque – se développe. Les experts comptent ensuite manuellement les unités formant plaque (PFU) colorées, un processus susceptible d'entraîner des irrégularités de coloration et des erreurs de comptage humaines.

Le nouveau système automatisé d’analyse des plaques virales sans taches remplace le comptage manuel des plaques par un système d’imagerie holographique sans lentille qui image les caractéristiques spatio-temporelles des PFU pendant l’incubation. Un algorithme d’apprentissage profond est ensuite utilisé pour détecter, classer et localiser les PFU en fonction des changements observés.

Pour montrer l’efficacité de leur système, les chercheurs ont infecté des cellules en culture avec le virus de la stomatite vésiculaire. Après seulement 20 heures d’incubation, le système automatisé a détecté plus de 90 % des PFU viraux sans aucun faux positif. C’était beaucoup plus rapide que le test traditionnel sur plaque, qui nécessite 48 heures d’incubation pour ce virus. Ils ont également appliqué l’approche automatisée au virus de l’herpès simplex de type 1 et au virus de l’encéphalomyocardite. Ils ont démontré des temps d’incubation encore plus courts pour ces virus, économisant respectivement environ 48 et 20 heures en moyenne.

Les chercheurs rapportent qu’aucun faux positif n’a été détecté à tous les moments. De plus, comme le système peut identifier les PFU individuelles au début de leur croissance, avant la formation de groupes de PFU, il peut être utilisé pour analyser des échantillons viraux contenant des concentrations de virus environ 10 fois plus élevées que les approches traditionnelles.

"En ce qui concerne les prochaines étapes, les chercheurs de l'UCLA améliorent la conception de leur système pour augmenter encore sa sensibilité et sa spécificité pour divers types de virus, ouvrant ainsi la voie à une large adoption en laboratoire et en milieu industriel, a déclaré Li. "Ils explorent également d'autres applications potentielles. de cette technique dans la recherche en virologie pour un dépistage à haut débit et rentable des médicaments antiviraux.

À propos des frontières de l'optique et de la science laser

Frontiers in Optics, la réunion annuelle d'Optica (anciennement OSA) est présentée avec Laser Science, la réunion annuelle de l'American Physical Society, Division of Laser Science. Les deux réunions réunissent les communautés des deux sociétés pour des recherches complètes et actuelles sur un ensemble diversifié de sujets liés à l'optique et à la photonique et dans les disciplines de la physique, de la biologie et de la chimie. La conférence FiO LS 2023 se tiendra sous la forme d'un événement en personne comprenant des centaines de conférences en direct et invitées avec du contenu supplémentaire à la demande disponible pour une visualisation en ligne. L’inscription des médias est gratuite avec accréditation. Les actifs numériques sont disponibles sur demande.