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Microfluidic device for rapid digestion of tissues into cellular suspensions
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2017-08-17 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7lc00575j Xiaolong Qiu 1, 2, 3, 4 , Trisha M. Westerhof 3, 5, 6, 7, 8 , Amrith A. Karunaratne 1, 2, 3, 4 , Erik M. Werner 1, 2, 3, 4 , Pedram P. Pourfard 1, 2, 3, 4 , Edward L. Nelson 3, 5, 6, 7, 8 , Elliot E. Hui 1, 2, 3, 4 , Jered B. Haun 1, 2, 3, 4, 9
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2017-08-17 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7lc00575j Xiaolong Qiu 1, 2, 3, 4 , Trisha M. Westerhof 3, 5, 6, 7, 8 , Amrith A. Karunaratne 1, 2, 3, 4 , Erik M. Werner 1, 2, 3, 4 , Pedram P. Pourfard 1, 2, 3, 4 , Edward L. Nelson 3, 5, 6, 7, 8 , Elliot E. Hui 1, 2, 3, 4 , Jered B. Haun 1, 2, 3, 4, 9
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The ability to harvest single cells from tissues is currently a bottleneck for cell-based diagnostic technologies, and remains crucial in the fields of tissue engineering and regenerative medicine. Tissues are typically broken down using proteolytic digestion and various mechanical treatments, but success has been limited due to long processing times, low yield, and high manual labor burden. Here, we present a novel microfluidic device that utilizes precision fluid flows to improve the speed and efficiency of tissue digestion. The microfluidic channels were designed to apply hydrodynamic shear forces at discrete locations on tissue specimens up to 1 cm in length and 1 mm in diameter, thereby accelerating digestion through hydrodynamic shear forces and improved enzyme–tissue contact. We show using animal organs that our digestion device with hydro-mincing capabilities was superior to conventional scalpel mincing and digestion based on recovery of DNA and viable single cells. Thus, our microfluidic digestion device can eliminate or reduce the need to mince tissue samples with a scalpel, while reducing sample processing time and preserving cell viability. Another advantage is that downstream microfluidic operations could be integrated to enable advanced cell processing and analysis capabilities. We envision our novel device being used in research and clinical settings to promote single cell-based analysis technologies, as well as to isolate primary, progenitor, and stem cells for use in the fields of tissue engineering and regenerative medicine.
中文翻译：
用于将组织快速消化成细胞悬液的微流体装置
从组织中收集单个细胞的能力目前是基于细胞的诊断技术的瓶颈，并且在组织工程和再生医学领域中仍然至关重要。通常使用蛋白水解消化和各种机械处理来分解组织，但是由于处理时间长，产量低和体力劳动负担大，成功受到了限制。在这里，我们介绍了一种新型的微流控设备，它利用精确的流体流动来提高组织消化的速度和效率。设计了微流体通道，可在组织标本的不连续位置施加流体动力剪切力，长度不超过1 cm，直径不超过1 mm，从而通过流体动力剪切力促进消化，并改善酶与组织之间的接触。我们使用动物器官表明，具有水切碎功能的消化装置优于传统的手术刀切碎和基于DNA和可存活单细胞回收的消化。因此，我们的微流体消化装置可以消除或减少使用手术刀切碎组织样本的需求，同时减少样本处理时间并保持细胞活力。另一个优点是可以集成下游微流体操作，以实现先进的细胞处理和分析功能。我们设想我们的新型设备将用于研究和临床环境中，以促进基于单细胞的分析技术，以及分离用于组织工程和再生医学领域的原代，祖细胞和干细胞。
更新日期：2017-08-29
中文翻译：
用于将组织快速消化成细胞悬液的微流体装置
从组织中收集单个细胞的能力目前是基于细胞的诊断技术的瓶颈，并且在组织工程和再生医学领域中仍然至关重要。通常使用蛋白水解消化和各种机械处理来分解组织，但是由于处理时间长，产量低和体力劳动负担大，成功受到了限制。在这里，我们介绍了一种新型的微流控设备，它利用精确的流体流动来提高组织消化的速度和效率。设计了微流体通道，可在组织标本的不连续位置施加流体动力剪切力，长度不超过1 cm，直径不超过1 mm，从而通过流体动力剪切力促进消化，并改善酶与组织之间的接触。我们使用动物器官表明，具有水切碎功能的消化装置优于传统的手术刀切碎和基于DNA和可存活单细胞回收的消化。因此，我们的微流体消化装置可以消除或减少使用手术刀切碎组织样本的需求，同时减少样本处理时间并保持细胞活力。另一个优点是可以集成下游微流体操作，以实现先进的细胞处理和分析功能。我们设想我们的新型设备将用于研究和临床环境中，以促进基于单细胞的分析技术，以及分离用于组织工程和再生医学领域的原代，祖细胞和干细胞。
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