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Abordar el cáncer a nanoescala

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Cuando Paula Hammond llegó por primera vez al campus del MIT como estudiante de primer año a principios de la década de 1980, no estaba segura de pertenecer. De hecho, como le dijo a una audiencia del MIT, se sentía como “una impostora”.

La profesora del Instituto MIT Paula Hammond, una ingeniera química de renombre mundial que ha pasado la mayor parte de su carrera académica en el MIT, pronunció la conferencia del Premio al Logro Docente James R. Killian Jr. 2023-24. Crédito de la imagen: Jake Belcher.

Sin embargo, ese sentimiento no duró mucho, ya que Hammond comenzó a encontrar apoyo entre sus compañeros de estudios y los profesores del MIT. “La comunidad era muy importante para mí, sentir que pertenecía, sentir que tenía un lugar aquí, y encontré personas que estaban dispuestas a abrazarme y apoyarme”, dijo.

Hammond, una ingeniera química de renombre mundial que ha pasado la mayor parte de su carrera académica en el MIT, hizo sus comentarios durante la conferencia del Premio al Logro Docente James R. Killian Jr. 2023-24.

Establecido en 1971 para honrar al décimo presidente del MIT, James Killian, el Premio Killian reconoce los logros profesionales extraordinarios de un miembro del cuerpo docente del MIT. Hammond fue elegida para el premio de este año “no sólo por sus tremendos logros y contribuciones profesionales, sino también por su calidez y humanidad genuinas, su consideración y liderazgo efectivo, y su empatía y ética”, según la mención del premio.

“El profesor Hammond es un pionero en la investigación en nanotecnología. Con un programa que abarca desde la ciencia básica hasta la investigación traslacional en medicina y energía, ha introducido nuevos enfoques para el diseño y desarrollo de sistemas complejos de administración de fármacos para el tratamiento del cáncer y la obtención de imágenes no invasivas”, afirmó Mary Fuller, presidenta de la facultad del MIT y profesora. de literatura, quien entregó el premio. "Como sus colegas, estamos encantados de celebrar hoy su carrera".

En enero, Hammond comenzó a desempeñarse como vicerrector de profesores del MIT. Antes de eso, presidió el Departamento de Ingeniería Química durante ocho años y fue nombrada Profesora del Instituto en 2021.

Una técnica versátil

Hammond, que creció en Detroit, le da crédito a sus padres por inculcarle el amor por la ciencia. Su padre era uno de los pocos doctores negros en bioquímica en ese momento, mientras que su madre obtuvo una maestría en enfermería de la Universidad de Howard y fundó la escuela de enfermería en el Wayne County Community College. "Eso brindó una gran cantidad de oportunidades para las mujeres en el área de Detroit, incluidas las mujeres de color", señaló Hammond.

Después de obtener su licenciatura en el MIT en 1984, Hammond trabajó como ingeniera antes de regresar al Instituto como estudiante de posgrado y obtener su doctorado en 1993. Después de un posdoctorado de dos años en la Universidad de Harvard, regresó para unirse a la facultad del MIT en 1995. .

En el centro de la investigación de Hammond se encuentra una técnica que desarrolló para crear películas delgadas que esencialmente pueden "envolver nanopartículas". Al ajustar la composición química de estas películas, las partículas se pueden personalizar para administrar medicamentos o ácidos nucleicos y apuntar a células específicas del cuerpo, incluidas las células cancerosas.

Para hacer estas películas, Hammond comienza colocando polímeros cargados positivamente sobre una superficie cargada negativamente. Luego, se pueden agregar más capas, alternando polímeros cargados positiva y negativamente. Cada una de estas capas puede contener fármacos u otras moléculas útiles, como ADN o ARN. Algunas de estas películas contienen cientos de capas, otras solo una, lo que las hace útiles para una amplia gama de aplicaciones.

“Lo bueno del proceso capa por capa es que puedo elegir un grupo de polímeros degradables que son muy biocompatibles y puedo alternarlos con nuestros materiales farmacológicos. Esto significa que puedo construir capas finas de película que contienen diferentes fármacos en diferentes puntos de la película”, dijo Hammond. “Luego, cuando la película se degrada, puede liberar esos medicamentos en orden inverso. Esto nos permite crear películas complejas con múltiples fármacos utilizando una técnica sencilla a base de agua”.

Hammond describió cómo estas películas capa por capa se pueden utilizar para promover el crecimiento óseo, en una aplicación que podría ayudar a las personas que nacen con defectos óseos congénitos o que sufren lesiones traumáticas.

Para ese uso, su laboratorio ha creado películas con capas de dos proteínas. Una de ellas, BMP-2, es una proteína que interactúa con las células madre adultas y las induce a diferenciarse en células óseas, generando hueso nuevo. El segundo es un factor de crecimiento llamado VEGF, que estimula el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos que ayudan a la regeneración ósea. Estas capas se aplican a una estructura de tejido muy delgada que se puede implantar en el sitio de la lesión.

Hammond y sus estudiantes diseñaron el recubrimiento de modo que, una vez implantado, liberara VEGF temprano, aproximadamente una semana, y continuara liberando BMP-2 por hasta 40 días. En un estudio con ratones, descubrieron que este andamio de tejido estimulaba el crecimiento de hueso nuevo que era casi indistinguible del hueso natural.

Dirigirse al cáncer

Como miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT, Hammond también ha desarrollado recubrimientos capa por capa que pueden mejorar el rendimiento de las nanopartículas utilizadas para la administración de medicamentos contra el cáncer, como liposomas o nanopartículas hechas de un polímero llamado PLGA.

“Tenemos una amplia gama de transportadores de medicamentos que podemos envolver de esta manera. Pienso en ellos como un gobstopper, donde hay todas esas diferentes capas de dulces y se disuelven una a la vez”, dijo Hammond.

Utilizando este enfoque, Hammond ha creado partículas que pueden dar un doble golpe a las células cancerosas. En primer lugar, las partículas liberan una dosis de un ácido nucleico, como un ARN de interferencia corto (ARNip), que puede desactivar un gen canceroso, o un microARN, que puede activar genes supresores de tumores. Luego, las partículas liberan un fármaco de quimioterapia como el cisplatino, al que las células ahora son más vulnerables.

Las partículas también incluyen una “capa sigilosa” externa cargada negativamente que las protege de ser descompuestas en el torrente sanguíneo antes de que puedan alcanzar sus objetivos. Esta capa externa también se puede modificar para ayudar a que las células cancerosas absorban las partículas, incorporando moléculas que se unen a proteínas que abundan en las células tumorales.

En un trabajo más reciente, Hammond ha comenzado a desarrollar nanopartículas que pueden atacar el cáncer de ovario y ayudar a prevenir la recurrencia de la enfermedad después de la quimioterapia. En aproximadamente el 70 por ciento de las pacientes con cáncer de ovario, la primera ronda de tratamiento es muy eficaz, pero los tumores recurren en aproximadamente el 85 por ciento de esos casos, y estos nuevos tumores suelen ser muy resistentes a los medicamentos.

Al alterar el tipo de recubrimiento aplicado a las nanopartículas que liberan fármacos, Hammond ha descubierto que las partículas pueden diseñarse para entrar en las células tumorales o adherirse a sus superficies. Utilizando partículas que se adhieren a las células, ha diseñado un tratamiento que podría ayudar a reactivar la respuesta inmunitaria del paciente ante cualquier célula tumoral recurrente.

"Con el cáncer de ovario, existen muy pocas células inmunitarias en ese espacio y, como no tienen muchas células inmunitarias presentes, es muy difícil acelerar una respuesta inmunitaria", dijo. "Sin embargo, si podemos entregar una molécula a las células vecinas, las pocas que están presentes, y acelerarlas, entonces podríamos hacer algo".

Con ese fin, diseñó nanopartículas que administran IL-12, una citocina que estimula a las células T cercanas para que entren en acción y comiencen a atacar las células tumorales. En un estudio con ratones, descubrió que este tratamiento inducía una respuesta de células T de memoria a largo plazo que prevenía la recurrencia del cáncer de ovario.

Hammond cerró su conferencia describiendo el impacto que el Instituto ha tenido en ella a lo largo de su carrera.

"Ha sido una experiencia transformadora", dijo. “Realmente pienso que este lugar es especial porque une a la gente y nos permite hacer cosas juntos que no podríamos hacer solos. Y es ese apoyo que recibimos de nuestros amigos, colegas y estudiantes lo que realmente hace que las cosas sean posibles”.

Escrito por Anne Trafton

Fuente: MIT

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