Lorsque Paula Hammond est arrivée sur le campus du MIT en tant qu'étudiante de première année au début des années 1980, elle n'était pas sûre d'y appartenir. En fait, comme elle l’a dit à un auditoire du MIT, elle se sentait comme « une imposteuse ».
Paula Hammond, professeure au MIT Institute, ingénieure chimiste de renommée mondiale qui a passé la majeure partie de sa carrière universitaire au MIT, a prononcé la conférence 2023-24 James R. Killian Jr. Professor Achievement Award. Crédit image : Jake Belcher
Cependant, ce sentiment n'a pas duré longtemps, car Hammond a commencé à trouver du soutien parmi ses camarades étudiants et les professeurs du MIT. "La communauté était vraiment importante pour moi, le sentiment d'appartenance, le sentiment que j'avais ma place ici, et j'ai trouvé des gens prêts à m'embrasser et à me soutenir", a-t-elle déclaré.
Hammond, une ingénieure chimiste de renommée mondiale qui a passé la majeure partie de sa carrière universitaire au MIT, a fait ces remarques lors de la conférence 2023-24 James R. Killian Jr. Professor Achievement Award.
Créé en 1971 pour honorer le 10e président du MIT, James Killian, le prix Killian récompense les réalisations professionnelles extraordinaires d'un membre du corps professoral du MIT. Hammond a été choisie pour le prix de cette année « non seulement pour ses formidables réalisations et contributions professionnelles, mais aussi pour sa véritable chaleur et son humanité, sa prévenance et son leadership efficace, ainsi que son empathie et son éthique », selon la citation du prix.
« Le professeur Hammond est un pionnier de la recherche en nanotechnologie. Avec un programme qui s'étend de la science fondamentale à la recherche translationnelle en médecine et en énergie, elle a introduit de nouvelles approches pour la conception et le développement de systèmes complexes d'administration de médicaments pour le traitement du cancer et l'imagerie non invasive », a déclaré Mary Fuller, présidente du corps professoral du MIT et professeur. de littérature, qui a remis le prix. "En tant que collègues, nous sommes ravis de célébrer sa carrière aujourd'hui."
En janvier, Hammond a commencé à occuper le poste de vice-recteur du corps professoral du MIT. Avant cela, elle a présidé le Département de génie chimique pendant huit ans et a été nommée professeure à l’Institut en 2021.
Une technique polyvalente
Hammond, qui a grandi à Détroit, attribue à ses parents le mérite de lui avoir inculqué l'amour de la science. Son père était l'un des rares noirs titulaires d'un doctorat en biochimie à l'époque, tandis que sa mère a obtenu une maîtrise en sciences infirmières de l'Université Howard et a fondé l'école d'infirmières du Wayne County Community College. "Cela a offert d'énormes opportunités aux femmes de la région de Détroit, y compris aux femmes de couleur", a noté Hammond.
Après avoir obtenu son baccalauréat du MIT en 1984, Hammond a travaillé comme ingénieur avant de retourner à l'Institut en tant qu'étudiante diplômée et d'obtenir son doctorat en 1993. Après un postdoctorat de deux ans à l'Université Harvard, elle est revenue rejoindre la faculté du MIT en 1995. .
Au cœur des recherches de Hammond se trouve une technique qu'elle a développée pour créer des films minces capables essentiellement de « rétracter » les nanoparticules. En ajustant la composition chimique de ces films, les particules peuvent être personnalisées pour délivrer des médicaments ou des acides nucléiques et cibler des cellules spécifiques du corps, y compris les cellules cancéreuses.
Pour fabriquer ces films, Hammond commence par superposer des polymères chargés positivement sur une surface chargée négativement. Ensuite, plusieurs couches peuvent être ajoutées, en alternant les polymères chargés positivement et négativement. Chacune de ces couches peut contenir des médicaments ou d'autres molécules utiles, telles que de l'ADN ou de l'ARN. Certains de ces films contiennent des centaines de couches, d’autres une seule, ce qui les rend utiles pour un large éventail d’applications.
« Ce qui est bien avec le processus couche par couche, c'est que je peux choisir un groupe de polymères dégradables qui sont bien biocompatibles, et je peux les alterner avec nos matériaux médicamenteux. Cela signifie que je peux créer des couches minces contenant différents médicaments à différents endroits du film », a déclaré Hammond. « Ensuite, lorsque le film se dégrade, il peut libérer ces drogues dans l’ordre inverse. Cela nous permet de créer des films complexes multidrogues, en utilisant une technique simple à base d’eau.
Hammond a décrit comment ces films couche par couche peuvent être utilisés pour favoriser la croissance osseuse, dans une application qui pourrait aider les personnes nées avec des anomalies osseuses congénitales ou celles qui subissent des blessures traumatiques.
Pour cet usage, son laboratoire a créé des films comportant des couches de deux protéines. L’une d’elles, la BMP-2, est une protéine qui interagit avec les cellules souches adultes et les incite à se différencier en cellules osseuses, générant ainsi de nouveaux os. Le second est un facteur de croissance appelé VEGF, qui stimule la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins qui aident les os à se régénérer. Ces couches sont appliquées sur une structure tissulaire très fine qui peut être implantée sur le site de la blessure.
Hammond et ses étudiants ont conçu le revêtement de telle sorte qu'une fois implanté, il libère le VEGF tôt, sur une semaine environ, et continue à libérer le BMP-2 pendant 40 jours maximum. Dans une étude sur des souris, ils ont découvert que cet échafaudage tissulaire stimulait la croissance de nouvel os c'était presque impossible à distinguer de l'os naturel.
Cibler le cancer
En tant que membre de l'Institut Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer, Hammond a également développé des revêtements couche par couche qui peuvent améliorer les performances des nanoparticules utilisées pour l'administration de médicaments anticancéreux, telles que les liposomes ou les nanoparticules fabriquées à partir d'un polymère appelé PLGA.
« Nous disposons d’une large gamme de supports de médicaments que nous pouvons emballer de cette façon. Je les considère comme un gobstopper, où il y a toutes ces différentes couches de bonbons et elles se dissolvent une à la fois », a déclaré Hammond.
En utilisant cette approche, Hammond a créé des particules capables de donner un coup de poing aux cellules cancéreuses. Premièrement, les particules libèrent une dose d’un acide nucléique tel qu’un ARN interférent court (siARN), qui peut désactiver un gène cancéreux, ou un microARN, qui peut activer des gènes suppresseurs de tumeurs. Ensuite, les particules libèrent un médicament chimiothérapeutique tel que le cisplatine, auquel les cellules sont désormais plus vulnérables.
Les particules comprennent également une « couche furtive » externe chargée négativement qui les empêche d’être dégradées dans la circulation sanguine avant qu’elles ne puissent atteindre leurs cibles. Cette couche externe peut également être modifiée pour aider les particules à être absorbées par les cellules cancéreuses, en incorporant des molécules qui se lient aux protéines abondantes dans les cellules tumorales.
Dans le cadre de travaux plus récents, Hammond a commencé à développer des nanoparticules capables de cibler le cancer de l'ovaire et d'aider à prévenir la récidive de la maladie après une chimiothérapie. Chez environ 70 pour cent des patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire, le premier cycle de traitement est très efficace, mais les tumeurs réapparaissent dans environ 85 pour cent de ces cas, et ces nouvelles tumeurs sont généralement très résistantes aux médicaments.
En modifiant le type de revêtement appliqué aux nanoparticules délivrant des médicaments, Hammond a découvert que les particules peuvent être conçues pour pénétrer à l'intérieur des cellules tumorales ou adhérer à leurs surfaces. En utilisant des particules qui adhèrent aux cellules, elle a conçu un traitement qui pourrait aider à relancer la réponse immunitaire d'un patient contre toute cellule tumorale récurrente.
"Dans le cas du cancer de l'ovaire, très peu de cellules immunitaires existent dans cet espace, et comme il n'y a pas beaucoup de cellules immunitaires présentes, il est très difficile de relancer une réponse immunitaire", a-t-elle déclaré. "Cependant, si nous pouvons délivrer une molécule aux cellules voisines, aux quelques cellules présentes, et les faire revivre, alors nous pourrons peut-être faire quelque chose."
À cette fin, elle a conçu des nanoparticules qui délivrent de l’IL-12, une cytokine qui stimule les cellules T voisines à entrer en action et à attaquer les cellules tumorales. Dans une étude sur des souris, elle a découvert que ce traitement induisait une réponse à long terme des lymphocytes T à mémoire qui empêchait la récidive du cancer de l’ovaire.
Hammond a clôturé sa conférence en décrivant l'impact que l'Institut a eu sur elle tout au long de sa carrière.
« Cela a été une expérience transformatrice », a-t-elle déclaré. « Je considère vraiment cet endroit comme spécial car il rassemble les gens et nous permet de faire des choses ensemble que nous ne pourrions pas faire seuls. Et c’est le soutien que nous recevons de nos amis, de nos collègues et de nos étudiants qui rend vraiment les choses possibles.
Écrit par Anne Trafton
La source: Massachusetts Institute of Technology (MIT)
