Kun Paula Hammond saapui MIT:n kampukselle ensimmäisen vuoden opiskelijana 1980-luvun alussa, hän ei ollut varma, kuuluiko hän joukkoon. Itse asiassa, kuten hän kertoi MIT-yleisölle, hän tunsi olevansa "huijari".
MIT Instituten professori Paula Hammond, maailmankuulu kemianinsinööri, joka on viettänyt suurimman osan akateemisesta urastaan MIT:ssä, piti 2023-24 James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award -luennon. Kuvan luotto: Jake Belcher
Tämä tunne ei kuitenkaan kestänyt kauan, kun Hammond alkoi löytää tukea opiskelutovereidensa ja MIT:n tiedekunnan keskuudessa. "Yhteisö oli minulle todella tärkeää, että tunsin kuuluvani, että minulla on paikka täällä, ja löysin ihmisiä, jotka olivat halukkaita syleilemään minua ja tukemaan minua", hän sanoi.
Hammond, maailmankuulu kemianinsinööri, joka on viettänyt suurimman osan akateemisesta urastaan MIT:ssä, esitti huomautuksensa James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award -luennossa 2023–24.
Killian Award perustettiin vuonna 1971 MIT:n 10. presidentin James Killianin kunniaksi, ja se on tunnustus MIT:n tiedekunnan jäsenen poikkeuksellisista ammatillisista saavutuksista. Hammond valittiin tämän vuoden palkinnon saajaksi "ei pelkästään hänen valtavien ammatillisten saavutustensa ja panoksensa vuoksi, vaan myös hänen aidon lämmönsä ja inhimillisyytensä, harkitsemiskykynsä ja tehokkaan johtajuutensa sekä empatiansa ja eettisyytensä vuoksi", palkinnon viittauksen mukaan.
”Professori Hammond on nanoteknologian tutkimuksen edelläkävijä. Ohjelmalla, joka ulottuu perustieteestä lääketieteen ja energian translaatiotutkimukseen, hän on ottanut käyttöön uusia lähestymistapoja monimutkaisten lääkkeiden annostelujärjestelmien suunnitteluun ja kehittämiseen syövän hoitoon ja noninvasiiviseen kuvantamiseen", sanoi Mary Fuller, MIT:n tiedekunnan puheenjohtaja ja professori. palkinnon luovuttaja. "Hänen kollegoina meillä on ilo juhlia hänen uraansa tänään."
Tammikuussa Hammond aloitti työskentelyn MIT:n tiedekunnan varaprovostina. Sitä ennen hän toimi kemiantekniikan laitoksen puheenjohtajana kahdeksan vuotta, ja hänet nimitettiin instituutin professoriksi vuonna 2021.
Monipuolinen tekniikka
Detroitissa varttunut Hammond kiittää vanhempiaan siitä, että he ovat juurruttaneet rakkauden tieteeseen. Hänen isänsä oli tuolloin yksi harvoista mustista biokemian tohtoreista, kun taas hänen äitinsä suoritti sairaanhoitajan maisterin tutkinnon Howardin yliopistosta ja perusti sairaanhoitajakoulun Wayne County Community Collegeen. "Se tarjosi valtavan määrän mahdollisuuksia naisille Detroitin alueella, mukaan lukien värikkäät naiset", Hammond huomautti.
Suoritettuaan kandidaatin tutkinnon MIT:stä vuonna 1984 Hammond työskenteli insinöörinä ennen kuin palasi instituuttiin jatko-opiskelijana ja ansaitsi tohtorin tutkinnon vuonna 1993. Kahden vuoden postdoc-tutkinnon jälkeen Harvardin yliopistossa hän palasi MIT:n tiedekuntaan vuonna 1995. .
Hammondin tutkimuksen ytimessä on hänen kehittämänsä tekniikka ohuiden kalvojen luomiseksi, jotka voivat olennaisesti "kutistua" nanopartikkeleita. Säätämällä näiden kalvojen kemiallista koostumusta hiukkaset voidaan räätälöidä kuljettamaan lääkkeitä tai nukleiinihappoja ja kohdistamaan tiettyjä soluja kehossa, mukaan lukien syöpäsolut.
Näiden kalvojen valmistamiseksi Hammond aloittaa kerrostamalla positiivisesti varautuneita polymeerejä negatiivisesti varautuneelle pinnalle. Sitten voidaan lisätä lisää kerroksia vuorotellen positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita polymeerejä. Jokainen näistä kerroksista voi sisältää lääkkeitä tai muita hyödyllisiä molekyylejä, kuten DNA:ta tai RNA:ta. Jotkut näistä kalvoista sisältävät satoja kerroksia, toiset vain yhden, mikä tekee niistä hyödyllisiä monenlaisiin sovelluksiin.
”Kerros kerrokselta -prosessissa on hienoa, että voin valita joukon hajoavia polymeerejä, jotka ovat hienosti bioyhteensopivia, ja voin vaihtaa niitä lääkemateriaaleihimme. Tämä tarkoittaa, että voin rakentaa ohuita kalvokerroksia, jotka sisältävät erilaisia lääkkeitä kalvon eri kohtiin, Hammond sanoi. "Sitten, kun kalvo hajoaa, se voi vapauttaa ne lääkkeet käänteisessä järjestyksessä. Tämä antaa meille mahdollisuuden luoda monimutkaisia, useita lääkeaineita sisältäviä kalvoja käyttämällä yksinkertaista vesipohjaista tekniikkaa.
Hammond kuvasi, kuinka näitä kerroskerroksisia kalvoja voidaan käyttää edistämään luun kasvua sovelluksessa, joka voisi auttaa ihmisiä, joilla on synnynnäisiä luuvaurioita tai ihmisiä, jotka kokevat traumaattisia vammoja.
Tätä käyttöä varten hänen laboratorionsa on luonut kalvoja, joissa on kaksi proteiinia. Yksi näistä, BMP-2, on proteiini, joka on vuorovaikutuksessa aikuisten kantasolujen kanssa ja saa ne erilaistumaan luusoluiksi, jolloin syntyy uutta luuta. Toinen on VEGF-niminen kasvutekijä, joka stimuloi uusien verisuonten kasvua, jotka auttavat luuta uusiutumaan. Nämä kerrokset asetetaan erittäin ohuelle kudostelineelle, joka voidaan istuttaa vammakohtaan.
Hammond ja hänen oppilaansa suunnittelivat pinnoitteen niin, että kun se oli istutettu, se vapauttaisi VEGF:n aikaisin, noin viikon verran, ja jatkaisi BMP-2:n vapauttamista jopa 40 päivää. Hiirillä tehdyssä tutkimuksessa he havaitsivat, että tämä kudosteline stimuloi niiden kasvua uusi luu joka oli lähes erottamaton luonnollisesta luusta.
Kohdennettu syöpään
MIT:n Koch Institute for Integrative Cancer Researchin jäsenenä Hammond on myös kehittänyt kerros kerrokselta pinnoitteita, jotka voivat parantaa syöpälääkkeiden toimittamiseen käytettyjen nanopartikkelien, kuten liposomien tai PLGA-nimisestä polymeeristä valmistettujen nanopartikkelien, suorituskykyä.
”Meillä on laaja valikoima lääkkeiden kantajia, jotka voimme kääriä tällä tavalla. Ajattelen niitä kuin gobstopperia, jossa on kaikki ne erilaiset karkkikerrokset ja ne liukenevat yksi kerrallaan”, Hammond sanoi.
Tämän lähestymistavan avulla Hammond on luonut hiukkasia, jotka voivat antaa yksi-kaksi iskun syöpäsoluihin. Ensinnäkin hiukkaset vapauttavat annoksen nukleiinihappoa, kuten lyhyttä häiritsevää RNA:ta (siRNA), joka voi sammuttaa syöpägeenin, tai mikroRNA:ta, joka voi aktivoida kasvainsuppressorigeenejä. Sitten hiukkaset vapauttavat kemoterapialääkkeen, kuten sisplatiinin, jolle solut ovat nyt haavoittuvampia.
Hiukkasissa on myös negatiivisesti varautunut ulkoinen "varkain kerros", joka suojaa niitä hajoamiselta verenkierrossa ennen kuin ne voivat saavuttaa tavoitteensa. Tätä ulkokerrosta voidaan myös muokata auttamaan hiukkasten ottamista syöpäsoluihin sisällyttämällä molekyylejä, jotka sitoutuvat proteiineihin, joita on runsaasti kasvainsoluissa.
Uusimmassa työssä Hammond on alkanut kehittää nanopartikkeleita, jotka voivat kohdistaa munasarjasyöpään ja auttaa estämään taudin uusiutumista kemoterapian jälkeen. Noin 70 prosentilla munasarjasyöpäpotilaista ensimmäinen hoitokierros on erittäin tehokas, mutta kasvaimet uusiutuvat noin 85 prosentissa tapauksista, ja nämä uudet kasvaimet ovat yleensä erittäin lääkeresistenttejä.
Muuttamalla lääkettä kuljettaville nanopartikkeleille levitettävän pinnoitteen tyyppiä Hammond on havainnut, että hiukkaset voidaan suunnitella joko pääsemään kasvainsolujen sisään tai tarttumaan niiden pintoihin. Soluihin tarttuvien hiukkasten avulla hän on suunnitellut hoidon, joka voi auttaa käynnistämään potilaan immuunivasteen uusiutuvia kasvainsoluja vastaan.
"Munasarjasyövän kohdalla siinä tilassa on hyvin vähän immuunisoluja, ja koska heillä ei ole paljon immuunisoluja, on erittäin vaikeaa herättää immuunivastetta", hän sanoi. "Jos voimme kuitenkin toimittaa molekyylin naapurisoluihin, niille harvoille, jotka ovat läsnä, ja saada ne käyntiin, voimme ehkä tehdä jotain."
Tätä tarkoitusta varten hän suunnitteli nanopartikkeleita, jotka tuottavat IL-12:ta, sytokiinia, joka stimuloi lähellä olevia T-soluja toimimaan ja alkamaan hyökätä kasvainsoluihin. Hiirillä tehdyssä tutkimuksessa hän havaitsi, että tämä hoito aiheutti pitkäaikaisen muistin T-soluvasteen, joka esti munasarjasyövän uusiutumisen.
Hammond päätti luentonsa kuvailemalla vaikutusta, joka instituutilla on ollut häneen koko hänen uransa ajan.
"Se on ollut muuttava kokemus", hän sanoi. ”Pidän tätä paikkaa todella erityisenä, koska se tuo ihmiset yhteen ja antaa meille mahdollisuuden tehdä yhdessä asioita, joita emme voisi tehdä yksin. Ja juuri se tuki, jonka saamme ystäviltämme, kollegoiltamme ja opiskelijoiltamme, tekee asiat todella mahdollisiksi."
Käsikirjoitus Anne Trafton
