عندما وصلت باولا هاموند لأول مرة إلى حرم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كطالبة في السنة الأولى في أوائل الثمانينيات، لم تكن متأكدة مما إذا كانت تنتمي إلى هذا الحرم الجامعي. في الواقع، كما قالت لجمهور معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، شعرت وكأنها "دجالة".
ألقت البروفيسورة بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، باولا هاموند، وهي مهندسة كيميائية مشهورة عالميًا أمضت معظم حياتها المهنية الأكاديمية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، محاضرة جائزة جيمس آر كيليان جونيور لإنجاز أعضاء هيئة التدريس للعام 2023-24. حقوق الصورة: جيك بيلشر
ومع ذلك، لم يدم هذا الشعور طويلًا، حيث بدأت هاموند تجد الدعم بين زملائها الطلاب وأعضاء هيئة التدريس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وقالت: "كان المجتمع مهمًا جدًا بالنسبة لي، حيث أشعر بالانتماء، وأشعر بأن لدي مكانًا هنا، وقد وجدت أشخاصًا كانوا على استعداد لاحتضاني ودعمي".
أدلت هاموند، وهي مهندسة كيميائية مشهورة عالميًا أمضت معظم حياتها المهنية الأكاديمية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، بتصريحاتها خلال محاضرة جائزة جيمس آر كيليان جونيور لإنجاز أعضاء هيئة التدريس للعام 2023-24.
تأسست جائزة كيليان في عام 1971 لتكريم الرئيس العاشر لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، جيمس كيليان، للإنجازات المهنية الاستثنائية التي يحققها أحد أعضاء هيئة التدريس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. تم اختيار هاموند لجائزة هذا العام "ليس فقط لإنجازاتها ومساهماتها المهنية الهائلة، ولكن أيضًا لدفئها الحقيقي وإنسانيتها، وتفكيرها وقيادتها الفعالة، وتعاطفها وأخلاقها"، وفقًا للاستشهاد بالجائزة.
"البروفيسور هاموند رائد في أبحاث تكنولوجيا النانو. وقالت ماري فولر، رئيسة هيئة التدريس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والأستاذة: "من خلال برنامج يمتد من العلوم الأساسية إلى الأبحاث الانتقالية في الطب والطاقة، فقد قدمت أساليب جديدة لتصميم وتطوير أنظمة توصيل الأدوية المعقدة لعلاج السرطان والتصوير غير الجراحي". الأدب الذي قدم الجائزة. "كزملائها، يسعدنا أن نحتفل بمسيرتها المهنية اليوم."
في يناير، بدأ هاموند العمل كنائب لعميد الكلية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وقبل ذلك ترأست قسم الهندسة الكيميائية لمدة ثماني سنوات، وتم تعيينها أستاذة بالمعهد عام 2021.
تقنية متعددة الاستخدامات
وترجع هاموند، التي نشأت في ديترويت، الفضل إلى والديها في غرس حب العلم. كان والدها واحدًا من عدد قليل جدًا من الحاصلين على درجة الدكتوراه من السود في الكيمياء الحيوية في ذلك الوقت، بينما حصلت والدتها على درجة الماجستير في التمريض من جامعة هوارد وأسست مدرسة التمريض في كلية واين كاونتي المجتمعية. وأشار هاموند إلى أن "هذا أتاح قدرًا كبيرًا من الفرص للنساء في منطقة ديترويت، بما في ذلك النساء ذوات البشرة الملونة".
بعد حصولها على درجة البكالوريوس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 1984، عملت هاموند كمهندسة قبل أن تعود إلى المعهد كطالبة دراسات عليا، وحصلت على درجة الدكتوراه في عام 1993. وبعد عامين من الدراسة بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، عادت للانضمام إلى هيئة التدريس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 1995. .
في قلب بحث هاموند توجد تقنية طورتها لإنشاء أغشية رقيقة يمكنها بشكل أساسي "تقليص غلاف" الجسيمات النانوية. ومن خلال ضبط التركيب الكيميائي لهذه الأفلام، يمكن تخصيص الجزيئات لتوصيل الأدوية أو الأحماض النووية واستهداف خلايا معينة في الجسم، بما في ذلك الخلايا السرطانية.
ولصنع هذه الأفلام، يبدأ هاموند بوضع طبقات من البوليمرات موجبة الشحنة على سطح مشحون بشحنة سالبة. بعد ذلك، يمكن إضافة المزيد من الطبقات، بالتناوب مع البوليمرات ذات الشحنة الموجبة والسالبة. وقد تحتوي كل طبقة من هذه الطبقات على أدوية أو جزيئات مفيدة أخرى، مثل DNA أو RNA. تحتوي بعض هذه الأفلام على مئات الطبقات، والبعض الآخر على طبقة واحدة فقط، مما يجعلها مفيدة لمجموعة واسعة من التطبيقات.
"الأمر الجميل في عملية طبقة تلو طبقة هو أنني أستطيع اختيار مجموعة من البوليمرات القابلة للتحلل والمتوافقة حيويًا بشكل جيد، ويمكنني استبدالها بمواد الأدوية الخاصة بنا. وقال هاموند: "هذا يعني أنه يمكنني بناء طبقات رقيقة تحتوي على أدوية مختلفة في نقاط مختلفة داخل الفيلم". "بعد ذلك، عندما يتحلل الفيلم، يمكنه إطلاق تلك الأدوية بترتيب عكسي. وهذا يمكّننا من إنشاء أفلام معقدة ومتعددة الأدوية، باستخدام تقنية بسيطة تعتمد على الماء.
وصف هاموند كيف يمكن استخدام هذه الأفلام طبقة تلو الأخرى لتعزيز نمو العظام، في تطبيق يمكن أن يساعد الأشخاص الذين يولدون بعيوب خلقية في العظام أو الأشخاص الذين يعانون من إصابات مؤلمة.
ومن أجل هذا الاستخدام، أنشأ مختبرها أفلامًا تحتوي على طبقات من بروتينين. أحد هذه البروتينات، BMP-2، هو بروتين يتفاعل مع الخلايا الجذعية البالغة ويحثها على التمايز إلى خلايا عظمية، مما يؤدي إلى تكوين عظام جديدة. والثاني هو عامل النمو المسمى VEGF، الذي يحفز نمو الأوعية الدموية الجديدة التي تساعد العظام على التجدد. يتم تطبيق هذه الطبقات على سقالة أنسجة رقيقة جدًا يمكن زراعتها في موقع الإصابة.
صممت هاموند وطلابها الغلاف بحيث أنه بمجرد زرعه، فإنه سيطلق VEGF مبكرًا، على مدار أسبوع أو نحو ذلك، ويستمر في إطلاق BMP-2 لمدة تصل إلى 40 يومًا. وفي دراسة أجريت على الفئران، وجدوا أن هذه السقالة النسيجية حفزت نمو عظم جديد كان لا يمكن تمييزه تقريبًا عن العظام الطبيعية.
استهداف السرطان
بصفته عضوًا في معهد كوخ لأبحاث السرطان التكاملية التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، قام هاموند أيضًا بتطوير طبقات طبقة تلو الأخرى يمكنها تحسين أداء الجسيمات النانوية المستخدمة لتوصيل أدوية السرطان، مثل الجسيمات الشحمية أو الجسيمات النانوية المصنوعة من بوليمر يسمى PLGA.
"لدينا مجموعة واسعة من حاملات الأدوية التي يمكننا تغليفها بهذه الطريقة. قال هاموند: “أعتقد أنها مثل gobstopper، حيث توجد كل تلك الطبقات المختلفة من الحلوى وتذوب واحدة تلو الأخرى”.
وباستخدام هذا النهج، ابتكر هاموند جسيمات يمكنها توجيه لكمة واحدة إلى الخلايا السرطانية. أولاً، تطلق الجسيمات جرعة من الحمض النووي مثل الحمض النووي الريبي المتداخل القصير (siRNA)، والذي يمكنه إيقاف الجين السرطاني، أو microRNA، الذي يمكنه تنشيط الجينات الكابتة للورم. بعد ذلك، تطلق الجسيمات دواء العلاج الكيميائي مثل سيسبلاتين، والذي أصبحت الخلايا الآن أكثر عرضة له.
تشتمل الجسيمات أيضًا على "طبقة خفية" خارجية سالبة الشحنة تحميها من التحلل في مجرى الدم قبل أن تتمكن من الوصول إلى أهدافها. يمكن أيضًا تعديل هذه الطبقة الخارجية لمساعدة الخلايا السرطانية على امتصاص الجزيئات، من خلال دمج جزيئات ترتبط بالبروتينات المتوفرة بكثرة في الخلايا السرطانية.
وفي أحدث أعماله، بدأ هاموند في تطوير جسيمات نانوية يمكنها استهداف سرطان المبيض والمساعدة في منع تكرار المرض بعد العلاج الكيميائي. في حوالي 70 بالمائة من مرضى سرطان المبيض، تكون الجولة الأولى من العلاج فعالة للغاية، لكن الأورام تتكرر في حوالي 85 بالمائة من تلك الحالات، وعادة ما تكون هذه الأورام الجديدة شديدة المقاومة للأدوية.
ومن خلال تغيير نوع الطلاء المطبق على الجسيمات النانوية التي تقدم الدواء، وجد هاموند أنه يمكن تصميم الجسيمات إما للدخول إلى داخل الخلايا السرطانية أو الالتصاق بأسطحها. وباستخدام جزيئات تلتصق بالخلايا، صممت علاجًا يمكن أن يساعد في تحفيز الاستجابة المناعية للمريض تجاه أي خلايا ورم متكررة.
وقالت: "في حالة سرطان المبيض، يوجد عدد قليل جدًا من الخلايا المناعية في هذا الفضاء، ونظرًا لعدم وجود الكثير من الخلايا المناعية، فمن الصعب جدًا تسريع الاستجابة المناعية". "ومع ذلك، إذا تمكنا من توصيل جزيء إلى الخلايا المجاورة، تلك الخلايا القليلة الموجودة، وتسريعها، فقد نكون قادرين على فعل شيء ما."
ولتحقيق هذه الغاية، صممت جسيمات نانوية تقوم بتوصيل IL-12، وهو السيتوكين الذي يحفز الخلايا التائية القريبة على البدء في العمل والبدء في مهاجمة الخلايا السرطانية. وفي دراسة أجريت على الفئران، وجدت أن هذا العلاج حفز استجابة خلايا الذاكرة التائية طويلة المدى، مما منع تكرار الإصابة بسرطان المبيض.
اختتمت هاموند محاضرتها بوصف التأثير الذي أحدثه المعهد عليها طوال حياتها المهنية.
وقالت: "لقد كانت تجربة تحويلية". "أعتقد حقًا أن هذا المكان مميز لأنه يجمع الناس معًا ويمكّننا من القيام بأشياء معًا لا يمكننا القيام بها بمفردنا. وهذا الدعم الذي نحصل عليه من أصدقائنا وزملائنا وطلابنا هو الذي يجعل الأمور ممكنة حقًا.
بقلم آن ترافتون
المصدر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
