Rapid and stain-free quantification of viral plaque via lens-free holography and deep learning

病毒定量 单纯疱疹病毒 污渍 病毒学 染色 水泡性口炎病毒 病毒 斑块形成单元 溶解 溶瘤病毒 溶解循环 生物 分子生物学 化学 病理 医学
作者
Tairan Liu,Yuzhu Li,Hatice Ceylan Koydemir,Yijie Zhang,Ethan Yang,Merve Eryılmaz,Hongda Wang,Jingxi Li,Bijie Bai,Guangdong Ma,Aydogan Ozcan
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:7 (8): 1040-1052 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41551-023-01057-7
摘要

Abstract A plaque assay—the gold-standard method for measuring the concentration of replication-competent lytic virions—requires staining and usually more than 48 h of runtime. Here we show that lens-free holographic imaging and deep learning can be combined to expedite and automate the assay. The compact imaging device captures phase information label-free at a rate of approximately 0.32 gigapixels per hour per well, covers an area of about 30 × 30 mm 2 and a 10-fold larger dynamic range of virus concentration than standard assays, and quantifies the infected area and the number of plaque-forming units. For the vesicular stomatitis virus, the automated plaque assay detected the first cell-lysing events caused by viral replication as early as 5 h after incubation, and in less than 20 h it detected plaque-forming units at rates higher than 90% at 100% specificity. Furthermore, it reduced the incubation time of the herpes simplex virus type 1 by about 48 h and that of the encephalomyocarditis virus by about 20 h. The stain-free assay should be amenable for use in virology research, vaccine development and clinical diagnosis.
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