Když Paula Hammondová na začátku 1980. let poprvé přijela na kampus MIT jako studentka prvního ročníku, nebyla si jistá, zda tam patří. Ve skutečnosti, jak řekla publiku MIT, cítila se jako „podvodník“.
Profesorka institutu MIT Paula Hammondová, světově uznávaná chemická inženýrka, která většinu své akademické kariéry strávila na MIT, přednesla v letech 2023-24 přednášku James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award. Obrazový kredit: Jake Belcher
Tento pocit však netrval dlouho, protože Hammond začala nacházet podporu mezi svými spolužáky a fakultou MIT. „Komunita pro mě byla opravdu důležitá, cítit, že sem patřím, cítit, že zde mám místo, a našla jsem lidi, kteří byli ochotni mě obejmout a podpořit,“ řekla.
Hammondová, světově uznávaná chemická inženýrka, která většinu své akademické kariéry strávila na MIT, pronesla své poznámky během přednášky James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award v letech 2023-24.
Cena Killian Award byla založena v roce 1971 na počest 10. prezidenta MIT Jamese Killiana a oceňuje mimořádné profesionální úspěchy člena fakulty MIT. Hammond byla vybrána pro letošní cenu „nejen pro své obrovské profesionální úspěchy a přínosy, ale také pro její opravdovou vřelost a lidskost, její ohleduplnost a efektivní vedení a její empatii a etiku,“ uvádí se v citaci ceny.
„Profesor Hammond je průkopníkem ve výzkumu nanotechnologií. S programem, který sahá od základní vědy až po translační výzkum v medicíně a energetice, zavedla nové přístupy k návrhu a vývoji komplexních systémů podávání léků pro léčbu rakoviny a neinvazivní zobrazování,“ řekla Mary Fuller, předsedkyně fakulty a profesorka MIT. literatury, který cenu předával. "Jako její kolegové jsme potěšeni, že můžeme dnes oslavit její kariéru."
V lednu začal Hammond sloužit jako viceprobošt MIT pro fakultu. Předtím osm let předsedala katedře chemického inženýrství a v roce 2021 byla jmenována profesorkou ústavu.
Všestranná technika
Hammondová, která vyrostla v Detroitu, připisuje svým rodičům zásluhy za to, že jim vštípili lásku k vědě. Její otec byl v té době jedním z mála černošských doktorandů v biochemii, zatímco její matka získala magisterský titul v oboru ošetřovatelství na Howard University a založila ošetřovatelskou školu na Wayne County Community College. "To poskytlo obrovské množství příležitostí pro ženy v oblasti Detroitu, včetně barevných žen," poznamenal Hammond.
Poté, co v roce 1984 získala bakalářský titul na MIT, Hammondová pracovala jako inženýrka a poté se vrátila do Institutu jako postgraduální studentka a v roce 1993 získala doktorát. Po dvouletém postdoktorandském studiu na Harvardově univerzitě se v roce 1995 vrátila na fakultu MIT. .
Jádrem Hammondova výzkumu je technika, kterou vyvinula k vytvoření tenkých filmů, které mohou v podstatě „smršťovací obal“ nanočástice. Vyladěním chemického složení těchto filmů mohou být částice přizpůsobeny tak, aby dodávaly léky nebo nukleové kyseliny a zaměřovaly se na specifické buňky v těle, včetně rakovinných buněk.
Při výrobě těchto filmů Hammond začíná vrstvením kladně nabitých polymerů na záporně nabitý povrch. Poté lze přidat další vrstvy, střídavě kladně a záporně nabité polymery. Každá z těchto vrstev může obsahovat léčiva nebo jiné užitečné molekuly, jako je DNA nebo RNA. Některé z těchto fólií obsahují stovky vrstev, jiné pouze jednu, díky čemuž jsou užitečné pro širokou škálu aplikací.
„Na procesu vrstvení po vrstvě je hezké, že si mohu vybrat skupinu degradovatelných polymerů, které jsou pěkně biokompatibilní, a mohu je střídat s našimi léčivými materiály. To znamená, že mohu vytvořit tenké vrstvy, které obsahují různé léky na různých místech filmu,“ řekl Hammond. "Potom, když film degraduje, může uvolnit ty léky v obráceném pořadí." To nám umožňuje vytvářet složité, multidrogové filmy pomocí jednoduché techniky na vodní bázi.“
Hammond popsal, jak lze tyto vrstvy po vrstvě použít k podpoře růstu kostí, v aplikaci, která by mohla pomoci lidem narozeným s vrozenými kostními vadami nebo lidem, kteří utrpěli traumatická zranění.
Pro toto použití její laboratoř vytvořila filmy s vrstvami dvou proteinů. Jeden z nich, BMP-2, je protein, který interaguje s dospělými kmenovými buňkami a indukuje je, aby se diferencovaly na kostní buňky a generovaly novou kost. Druhým je růstový faktor zvaný VEGF, který stimuluje růst nových krevních cév, které pomáhají kosti regenerovat. Tyto vrstvy jsou aplikovány na velmi tenké tkáňové lešení, které lze implantovat do místa poranění.
Hammond a její studenti navrhli povlak tak, aby po implantaci uvolňoval VEGF brzy, více než týden nebo tak, a pokračoval v uvolňování BMP-2 po dobu až 40 dnů. Ve studii na myších zjistili, že toto tkáňové lešení stimulovalo růst nová kost která byla téměř k nerozeznání od přirozené kosti.
Zacílení na rakovinu
Jako člen Kochova institutu pro integrovaný výzkum rakoviny na MIT Hammond také vyvinul povlaky po vrstvách, které mohou zlepšit výkon nanočástic používaných pro dodávání léků proti rakovině, jako jsou lipozomy nebo nanočástice vyrobené z polymeru zvaného PLGA.
„Máme širokou škálu nosičů léků, které můžeme tímto způsobem zabalit. Myslím na ně jako na gobstopper, kde jsou všechny ty různé vrstvy cukroví a rozpouštějí se jedna po druhé,“ řekl Hammond.
Pomocí tohoto přístupu vytvořil Hammond částice, které dokážou dopravit jeden až dva údery do rakovinných buněk. Nejprve částice uvolní dávku nukleové kyseliny, jako je krátká interferující RNA (siRNA), která může vypnout rakovinný gen, nebo mikroRNA, která může aktivovat tumor supresorové geny. Poté částice uvolňují chemoterapeutický lék, jako je cisplatina, vůči níž jsou buňky nyní zranitelnější.
Částice také obsahují záporně nabitou vnější „skrytou vrstvu“, která je chrání před rozpadem v krevním řečišti, než dosáhnou svých cílů. Tato vnější vrstva může být také upravena, aby pomohla částicím zachytit rakovinné buňky, a to začleněním molekul, které se vážou na proteiny, které jsou hojné na nádorových buňkách.
V novější práci Hammond začal vyvíjet nanočástice, které se mohou zaměřit na rakovinu vaječníků a pomoci zabránit opakování onemocnění po chemoterapii. U asi 70 procent pacientů s rakovinou vaječníků je první kolo léčby vysoce účinné, ale nádory se opakují v asi 85 procentech těchto případů a tyto nové nádory jsou obvykle vysoce odolné vůči lékům.
Změnou typu povlaku aplikovaného na nanočástice dodávající léky Hammond zjistil, že částice mohou být navrženy tak, aby se buď dostaly dovnitř nádorových buněk, nebo se přilepily na jejich povrchy. Pomocí částic, které ulpívají na buňkách, navrhla léčbu, která by mohla pomoci nastartovat imunitní odpověď pacienta na jakékoli recidivující nádorové buňky.
"S rakovinou vaječníků existuje v tomto prostoru velmi málo imunitních buněk, a protože nemají přítomno mnoho imunitních buněk, je velmi obtížné vyvolat imunitní odpověď," řekla. "Pokud však dokážeme dodat molekulu sousedním buňkám, těm několika přítomným, a nastartovat je, pak bychom mohli být schopni něco udělat."
Za tímto účelem navrhla nanočástice, které dodávají IL-12, cytokin, který stimuluje blízké T buňky, aby vyrazily do akce a začaly napadat nádorové buňky. Ve studii na myších zjistila, že tato léčba vyvolala dlouhodobou paměťovou T-buněčnou odpověď, která zabránila opakování rakoviny vaječníků.
Hammond uzavřela svou přednášku popisem dopadu, který na ni Institut měl během její kariéry.
"Byla to transformační zkušenost," řekla. „Opravdu považuji toto místo za výjimečné, protože spojuje lidi a umožňuje nám společně dělat věci, které bychom sami nezvládli. A je to právě podpora, kterou dostáváme od našich přátel, kolegů a našich studentů, která skutečně umožňuje věci.“
Napsal Anne Trafton
