Da Paula Hammond først ankom til MIT's campus som førsteårsstuderende i begyndelsen af 1980'erne, var hun ikke sikker på, om hun hørte til. Faktisk, som hun fortalte et MIT-publikum, følte hun sig som "en bedrager."
MIT Institute Professor Paula Hammond, en verdenskendt kemiingeniør, som har tilbragt det meste af sin akademiske karriere på MIT, holdt foredraget 2023-24 for James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award. Billedkredit: Jake Belcher
Den følelse varede dog ikke længe, da Hammond begyndte at finde støtte blandt sine medstuderende og MIT's fakultet. "Fællesskabet var virkelig vigtigt for mig, at føle, at jeg hørte til, at føle, at jeg havde en plads her, og jeg fandt folk, der var villige til at omfavne mig og støtte mig," sagde hun.
Hammond, en verdenskendt kemiingeniør, som har tilbragt det meste af sin akademiske karriere på MIT, kom med sine bemærkninger under forelæsningen for James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award 2023-24.
Etableret i 1971 for at ære MIT's 10. præsident, James Killian, anerkender Killian Award ekstraordinære professionelle præstationer af et MIT-fakultetsmedlem. Hammond blev valgt til dette års pris "ikke kun for hendes enorme professionelle præstationer og bidrag, men også for hendes ægte varme og menneskelighed, hendes betænksomhed og effektive lederskab og hendes empati og etik," ifølge prisen.
“Professor Hammond er en pioner inden for nanoteknologisk forskning. Med et program, der strækker sig fra grundvidenskab til translationel forskning i medicin og energi, har hun introduceret nye tilgange til design og udvikling af komplekse lægemiddelleveringssystemer til kræftbehandling og non-invasiv billeddannelse,” sagde Mary Fuller, formand for MIT's fakultet og professor. litteratur, der overrakte prisen. "Som hendes kolleger er vi glade for at fejre hendes karriere i dag."
I januar begyndte Hammond at tjene som MIT's viceprovost for fakultetet. Før det var hun formand for Institut for Kemiteknik i otte år, og hun blev udnævnt til institutprofessor i 2021.
En alsidig teknik
Hammond, der voksede op i Detroit, tilskriver sine forældre en kærlighed til videnskaben. Hendes far var en af meget få sorte PhD'er i biokemi på det tidspunkt, mens hendes mor tog en mastergrad i sygepleje fra Howard University og grundlagde sygeplejeskolen på Wayne County Community College. "Det gav en enorm mængde muligheder for kvinder i Detroit-området, inklusive kvinder af farve," bemærkede Hammond.
Efter at have opnået sin bachelorgrad fra MIT i 1984, arbejdede Hammond som ingeniør, før han vendte tilbage til instituttet som kandidatstuderende, og opnåede sin ph.d. i 1993. Efter en to-årig postdoc ved Harvard University vendte hun tilbage for at blive medlem af MIT-fakultetet i 1995 .
Kernen i Hammonds forskning er en teknik, hun udviklede til at skabe tynde film, der i det væsentlige kan "krympe-indpakke" nanopartikler. Ved at justere den kemiske sammensætning af disse film, kan partiklerne tilpasses til at levere lægemidler eller nukleinsyrer og til at målrette specifikke celler i kroppen, herunder kræftceller.
For at lave disse film begynder Hammond med at lægge positivt ladede polymerer på en negativt ladet overflade. Derefter kan flere lag tilføjes, alternerende positivt og negativt ladede polymerer. Hvert af disse lag kan indeholde lægemidler eller andre nyttige molekyler, såsom DNA eller RNA. Nogle af disse film indeholder hundredvis af lag, andre kun ét, hvilket gør dem nyttige til en lang række applikationer.
"Det, der er rart ved lag-for-lag-processen, er, at jeg kan vælge en gruppe nedbrydelige polymerer, der er pænt biokompatible, og jeg kan veksle dem med vores lægemiddelmaterialer. Det betyder, at jeg kan opbygge tynde filmlag, der indeholder forskellige stoffer på forskellige punkter i filmen,” sagde Hammond. "Så, når filmen nedbrydes, kan den frigive disse stoffer i omvendt rækkefølge. Dette gør os i stand til at skabe komplekse, multidrug-film ved hjælp af en simpel vandbaseret teknik."
Hammond beskrev, hvordan disse lag-for-lag film kan bruges til at fremme knoglevækst, i en applikation, der kunne hjælpe mennesker født med medfødte knogledefekter eller mennesker, der oplever traumatiske skader.
Til det brug har hendes laboratorium lavet film med lag af to proteiner. En af disse, BMP-2, er et protein, der interagerer med voksne stamceller og inducerer dem til at differentiere til knogleceller, hvilket genererer ny knogle. Den anden er en vækstfaktor kaldet VEGF, som stimulerer væksten af nye blodkar, der hjælper knogler med at regenerere. Disse lag påføres et meget tyndt vævsstillads, der kan implanteres på skadestedet.
Hammond og hendes elever designede belægningen, så den, når den først var implanteret, ville frigive VEGF tidligt, over en uge eller deromkring, og fortsætte med at frigive BMP-2 i op til 40 dage. I en undersøgelse af mus fandt de ud af, at dette vævsstillads stimulerede væksten af ny knogle der næsten ikke kunne skelnes fra naturlig knogle.
Målrettet mod kræft
Som medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research har Hammond også udviklet lag-for-lag belægninger, der kan forbedre ydeevnen af nanopartikler, der bruges til kræfttilførsel af lægemidler, såsom liposomer eller nanopartikler fremstillet af en polymer kaldet PLGA.
"Vi har en bred vifte af narkotikabærere, som vi kan pakke ind på denne måde. Jeg tænker på dem som en gobstopper, hvor der er alle de forskellige lag af slik, og de opløses et ad gangen,” sagde Hammond.
Ved at bruge denne tilgang har Hammond skabt partikler, der kan levere et-to-slag til kræftceller. For det første frigiver partiklerne en dosis af en nukleinsyre såsom kort interfererende RNA (siRNA), som kan slukke for et kræftgen, eller mikroRNA, som kan aktivere tumorsuppressorgener. Derefter frigiver partiklerne et kemoterapilægemiddel såsom cisplatin, som cellerne nu er mere sårbare overfor.
Partiklerne inkluderer også et negativt ladet ydre "stealth-lag", der beskytter dem mod at blive nedbrudt i blodbanen, før de kan nå deres mål. Dette ydre lag kan også modificeres for at hjælpe partiklerne med at blive optaget af kræftceller ved at inkorporere molekyler, der binder til proteiner, der er rigeligt på tumorceller.
I nyere arbejde er Hammond begyndt at udvikle nanopartikler, der kan målrette kræft i æggestokkene og hjælpe med at forhindre tilbagefald af sygdommen efter kemoterapi. Hos omkring 70 procent af æggestokkræftpatienter er den første behandlingsrunde yderst effektiv, men tumorer gentager sig i omkring 85 procent af disse tilfælde, og disse nye tumorer er normalt meget resistente mod lægemidler.
Ved at ændre den type belægning, der påføres lægemiddelleverende nanopartikler, har Hammond fundet ud af, at partiklerne kan designes til enten at komme ind i tumorceller eller klæbe til deres overflader. Ved hjælp af partikler, der klæber til cellerne, har hun designet en behandling, der kan hjælpe med at sætte gang i en patients immunrespons på eventuelle tilbagevendende tumorceller.
"Med kræft i æggestokkene eksisterer der meget få immunceller i det rum, og fordi de ikke har mange immunceller til stede, er det meget svært at genopbygge et immunrespons," sagde hun. "Men hvis vi kan levere et molekyle til naboceller, de få, der er tilstede, og få dem til at blive genoplivet, så kan vi måske gøre noget."
Til det formål designede hun nanopartikler, der leverer IL-12, et cytokin, der stimulerer nærliggende T-celler til at springe i gang og begynde at angribe tumorceller. I en undersøgelse af mus fandt hun, at denne behandling inducerede en langtidshukommelses-T-celle-respons, der forhindrede gentagelse af kræft i æggestokkene.
Hammond afsluttede sit foredrag med at beskrive den indflydelse, som instituttet har haft på hende gennem hele hendes karriere.
"Det har været en transformerende oplevelse," sagde hun. “Jeg ser virkelig på dette sted som noget særligt, fordi det bringer mennesker sammen og sætter os i stand til at gøre ting sammen, som vi ikke kunne gøre alene. Og det er den støtte, vi får fra vores venner, vores kolleger og vores studerende, der virkelig gør tingene muligt.”
Skrevet af Anne Trafton
