Когато Паула Хамънд за първи път пристигна в кампуса на MIT като студентка първа година в началото на 1980-те години на миналия век, тя не беше сигурна дали принадлежи. Всъщност, както тя каза пред публика на Масачузетския технологичен институт, тя се чувстваше като „измамник“.
Професорът от Института на Масачузетския технологичен институт Паула Хамънд, световноизвестен инженер-химик, която е прекарала по-голямата част от академичната си кариера в Масачузетския технологичен институт, изнесе лекцията за наградата за постижения на факултета Джеймс Р. Килиан младши за 2023-24 г. Кредит на изображението: Джейк Белчър
Това чувство обаче не трае дълго, тъй като Хамънд започва да намира подкрепа сред своите състуденти и преподавателите на MIT. „Общността беше наистина важна за мен, да почувствам, че принадлежа, да почувствам, че имам място тук, и намерих хора, които бяха готови да ме прегърнат и подкрепят“, каза тя.
Хамънд, световноизвестен инженер-химик, която е прекарала по-голямата част от академичната си кариера в Масачузетския технологичен институт, направи своите забележки по време на лекцията на Джеймс Р. Килиан младши за наградата за постижения на факултета за 2023-24 г.
Създадена през 1971 г. в чест на 10-ия президент на Масачузетския технологичен институт, Джеймс Килиан, наградата Килиан признава изключителни професионални постижения на член на преподавателския състав на Масачузетския технологичен институт. Хамънд беше избрана за тазгодишната награда „не само за нейните огромни професионални постижения и принос, но и за нейната истинска топлота и човечност, нейната внимателност и ефективно лидерство, както и нейната съпричастност и етика“, според цитата на наградата.
„Професор Хамънд е пионер в изследването на нанотехнологиите. С програма, която се простира от фундаментална наука до транслационни изследвания в медицината и енергетиката, тя въведе нови подходи за проектиране и разработване на сложни системи за доставяне на лекарства за лечение на рак и неинвазивни изображения,” каза Мери Фулър, председател на факултета на MIT и професор на литературата, който връчи наградата. „Като нейни колеги, ние сме щастливи да отпразнуваме нейната кариера днес.“
През януари Хамънд започва да служи като заместник-ректор на MIT за преподаватели. Преди това тя ръководи катедрата по инженерна химия в продължение на осем години, а през 2021 г. беше назначена за професор в института.
Универсална техника
Хамънд, която е израснала в Детройт, приписва на своите родители любовта към науката. Баща й беше един от малкото чернокожи доктори по биохимия по онова време, докато майка й получи магистърска степен по медицински сестри от университета Хауърд и основа училището за медицински сестри в обществения колеж на окръг Уейн. „Това предостави огромно количество възможности за жените в района на Детройт, включително цветнокожите“, отбеляза Хамънд.
След като получава бакалавърската си степен от Масачузетския технологичен институт през 1984 г., Хамънд работи като инженер, преди да се завърне в Института като аспирант, спечелвайки докторска степен през 1993 г. След двегодишна постдокторска степен в Харвардския университет, тя се завръща, за да се присъедини към факултета на Масачузетския технологичен институт през 1995 г. .
В основата на изследванията на Хамънд е техника, която тя е разработила за създаване на тънки филми, които по същество могат да „свиват“ наночастици. Чрез настройване на химическия състав на тези филми, частиците могат да бъдат персонализирани да доставят лекарства или нуклеинови киселини и да се насочват към специфични клетки в тялото, включително ракови клетки.
За да направи тези филми, Хамънд започва с наслояване на положително заредени полимери върху отрицателно заредена повърхност. След това могат да се добавят още слоеве, редуващи положително и отрицателно заредени полимери. Всеки от тези слоеве може да съдържа лекарства или други полезни молекули, като ДНК или РНК. Някои от тези филми съдържат стотици слоеве, други само един, което ги прави полезни за широк спектър от приложения.
„Хубавото на процеса слой по слой е, че мога да избера група от разградими полимери, които са добре биосъвместими, и мога да ги редувам с нашите лекарствени материали. Това означава, че мога да изградя тънки слоеве от филм, които съдържат различни лекарства в различни точки във филма“, каза Хамънд. „След това, когато филмът се разгради, той може да освободи тези лекарства в обратен ред. Това ни позволява да създаваме сложни филми с множество лекарства, използвайки проста техника на водна основа.
Хамънд описа как тези филми слой по слой могат да се използват за насърчаване на растежа на костите в приложение, което може да помогне на хора, родени с вродени костни дефекти, или хора, които имат травматични наранявания.
За тази цел нейната лаборатория е създала филми със слоеве от два протеина. Един от тях, BMP-2, е протеин, който взаимодейства със стволовите клетки на възрастни и ги индуцира да се диференцират в костни клетки, генерирайки нова кост. Вторият е растежен фактор, наречен VEGF, който стимулира растежа на нови кръвоносни съдове, които помагат на костите да се регенерират. Тези слоеве се нанасят върху много тънко тъканно скеле, което може да се имплантира на мястото на нараняване.
Хамънд и нейните ученици са проектирали покритието така, че веднъж имплантирано, то да освобождава VEGF рано, за около седмица, и да продължи да освобождава BMP-2 до 40 дни. В изследване на мишки те откриха, че това тъканно скеле стимулира растежа на нова кост която беше почти неразличима от естествената кост.
Насочена към рак
Като член на Института Кох за интегративни изследвания на рака на Масачузетския технологичен институт, Хамънд също е разработил послойни покрития, които могат да подобрят работата на наночастиците, използвани за доставяне на лекарства за рак, като липозоми или наночастици, направени от полимер, наречен PLGA.
„Имаме широка гама от носители на лекарства, които можем да опаковаме по този начин. Мисля за тях като за запушалка, където има всички тези различни слоеве бонбони и те се разтварят един по един“, каза Хамънд.
Използвайки този подход, Хамънд създаде частици, които могат да нанесат един или два удара на раковите клетки. Първо, частиците освобождават доза от нуклеинова киселина като къса интерферираща РНК (siRNA), която може да изключи раков ген, или микроРНК, която може да активира туморни супресорни гени. След това частиците освобождават химиотерапевтично лекарство като цисплатин, към което клетките вече са по-уязвими.
Частиците също така включват отрицателно зареден външен „стелт слой“, който ги предпазва от разграждане в кръвния поток, преди да успеят да достигнат целите си. Този външен слой може също да бъде модифициран, за да помогне на частиците да бъдат поети от раковите клетки, чрез включване на молекули, които се свързват с протеини, които са изобилни в туморните клетки.
В по-нова работа Хамънд е започнал да разработва наночастици, които могат да се насочат към рак на яйчниците и да помогнат за предотвратяване на рецидив на заболяването след химиотерапия. При около 70 процента от пациентите с рак на яйчниците първият кръг от лечение е много ефективен, но туморите се повтарят в около 85 процента от тези случаи и тези нови тумори обикновено са силно резистентни към лекарства.
Чрез промяна на типа покритие, нанесено върху наночастиците, доставящи лекарства, Хамънд е открил, че частиците могат да бъдат проектирани така, че или да влязат в туморните клетки, или да се придържат към техните повърхности. Използвайки частици, които се придържат към клетките, тя е проектирала лечение, което може да помогне за бързо стартиране на имунния отговор на пациента към всякакви рецидивиращи туморни клетки.
„При рак на яйчниците в това пространство съществуват много малко имунни клетки и тъй като те нямат много налични имунни клетки, е много трудно да се ускори имунният отговор“, каза тя. „Въпреки това, ако можем да доставим молекула до съседните клетки, тези няколко, които присъстват, и да ги накараме да се движат, тогава може да сме в състояние да направим нещо.“
За тази цел тя проектира наночастици, които доставят IL-12, цитокин, който стимулира близките Т клетки да започнат да действат и да започнат да атакуват туморните клетки. В изследване на мишки, тя установи, че това лечение предизвиква дългосрочен отговор на Т-клетките на паметта, който предотвратява повторната поява на рак на яйчниците.
Хамънд затвори лекцията си, като описа влиянието, което Институтът е имал върху нея през цялата й кариера.
„Беше трансформиращо преживяване“, каза тя. „Наистина смятам това място за специално, защото обединява хората и ни позволява да правим неща заедно, които не бихме могли да направим сами. И именно подкрепата, която получаваме от нашите приятели, колеги и студенти, наистина прави нещата възможни.“
Написано от Ан Трафтън
Източник: Масачузетския технологичен институт
