Kada je Paula Hammond prvi put stigla na kampus MIT-a kao studentica prve godine ranih 1980-ih, nije bila sigurna pripada li tamo. Zapravo, kako je rekla publici MIT-a, osjećala se kao "varalica".
Profesorica Instituta MIT Paula Hammond, svjetski poznata inženjerka kemije koja je većinu svoje akademske karijere provela na MIT-u, održala je predavanje o dodjeli nagrade James R. Killian Jr. za fakultetska postignuća 2023.-24. Autor slike: Jake Belcher
Međutim, taj osjećaj nije dugo potrajao, jer je Hammond počela pronalaziti podršku među svojim kolegama studentima i profesorima MIT-a. “Zajednica mi je bila jako važna, osjećati da pripadam, osjećati da mi je mjesto ovdje, i pronašla sam ljude koji su bili voljni prigrliti me i podržati me”, rekla je.
Hammond, svjetski poznata inženjerka kemije koja je veći dio svoje akademske karijere provela na MIT-u, dala je svoje komentare tijekom predavanja o nagradi James R. Killian Jr. Fakulteta za postignuća 2023.-24.
Utemeljena 1971. u čast 10. predsjednika MIT-a, Jamesa Killiana, Nagrada Killian prepoznaje izvanredna profesionalna postignuća člana MIT-ovog fakulteta. Hammond je izabrana za ovogodišnju nagradu “ne samo zbog svojih golemih profesionalnih postignuća i doprinosa, već i zbog svoje istinske topline i ljudskosti, svoje promišljenosti i učinkovitog vodstva, te njezine empatije i etike,” prema citatu nagrade.
“Profesor Hammond je pionir u istraživanju nanotehnologije. S programom koji se proteže od temeljne znanosti do translacijskih istraživanja u medicini i energetici, uvela je nove pristupe za dizajn i razvoj složenih sustava za isporuku lijekova za liječenje raka i neinvazivno oslikavanje,” rekla je Mary Fuller, predsjednica MIT-ovog fakulteta i profesorica književnosti, koji je i uručio nagradu. "Kao njezini kolege, drago nam je što danas možemo proslaviti njezinu karijeru."
U siječnju je Hammond počeo raditi kao prorektor MIT-a za fakultet. Prije toga osam je godina vodila Zavod za kemijsko inženjerstvo, a u zvanje profesora Instituta izabrana je 2021. godine.
Svestrana tehnika
Hammond, koja je odrasla u Detroitu, pripisuje roditeljima zasluge za usađivanje ljubavi prema znanosti. Njezin otac bio je jedan od rijetkih crnih doktora znanosti iz biokemije u to vrijeme, dok je njezina majka stekla magisterij iz sestrinstva na Sveučilištu Howard i osnovala školu za medicinske sestre na Wayne County Community Collegeu. "To je pružilo veliku količinu prilika za žene u području Detroita, uključujući obojene žene", primijetio je Hammond.
Nakon što je stekla diplomu prvostupnika na MIT-u 1984., Hammond je radila kao inženjer prije nego što se vratila na Institut kao diplomirana studentica, stekavši doktorat 1993. Nakon dvogodišnjeg postdoktorskog studija na Sveučilištu Harvard, vratila se i pridružila MIT fakultetu 1995. .
U središtu Hammondova istraživanja je tehnika koju je razvila za stvaranje tankih filmova koji u biti mogu "skupljati" nanočestice. Ugađanjem kemijskog sastava ovih filmova, čestice se mogu prilagoditi za isporuku lijekova ili nukleinskih kiselina i za ciljanje specifičnih stanica u tijelu, uključujući stanice raka.
Kako bi napravio te filmove, Hammond počinje slaganjem pozitivno nabijenih polimera na negativno nabijenu površinu. Zatim se može dodati više slojeva, izmjenjujući pozitivno i negativno nabijene polimere. Svaki od ovih slojeva može sadržavati lijekove ili druge korisne molekule, poput DNK ili RNK. Neki od tih filmova sadrže stotine slojeva, drugi samo jedan, što ih čini korisnima za širok raspon primjena.
“Ono što je lijepo u procesu sloj-po-sloj je to što mogu odabrati grupu razgradivih polimera koji su dobro biokompatibilni i mogu ih mijenjati s našim materijalima za lijekove. To znači da mogu napraviti tanke slojeve filma koji sadrže različite lijekove na različitim mjestima unutar filma,” rekao je Hammond. “Onda, kada se film degradira, može osloboditi te lijekove obrnutim redoslijedom. To nam omogućuje stvaranje složenih filmova s više lijekova, koristeći jednostavnu tehniku na bazi vode."
Hammond je opisao kako se ovi slojeviti filmovi mogu koristiti za poticanje rasta kostiju, u primjeni koja bi mogla pomoći ljudima rođenim s urođenim defektima kostiju ili ljudima koji su doživjeli traumatske ozljede.
Za tu namjenu njezin je laboratorij napravio filmove sa slojevima od dva proteina. Jedan od njih, BMP-2, protein je koji stupa u interakciju s odraslim matičnim stanicama i potiče ih na diferencijaciju u koštane stanice, stvarajući novu kost. Drugi je faktor rasta nazvan VEGF, koji potiče rast novih krvnih žila koje pomažu regeneraciju kostiju. Ovi se slojevi nanose na vrlo tanku tkivnu skelu koja se može implantirati na mjesto ozljede.
Hammond i njezini studenti osmislili su premaz tako da bi, nakon implantacije, otpuštao VEGF rano, tijekom tjedan dana ili dva, i nastavio otpuštati BMP-2 do 40 dana. U studiji na miševima, otkrili su da ta skela tkiva stimulira rast nova kost koja se gotovo nije mogla razlikovati od prirodne kosti.
Ciljanje na rak
Kao član MIT-ovog Instituta Koch za integrativno istraživanje raka, Hammond je također razvio sloj-po-sloj premaza koji mogu poboljšati performanse nanočestica koje se koriste za isporuku lijekova protiv raka, kao što su liposomi ili nanočestice napravljene od polimera zvanog PLGA.
“Imamo širok raspon nosača droge koje možemo zamotati na ovaj način. O njima razmišljam kao o gobstopperu, gdje postoje svi ti različiti slojevi slatkiša i oni se rastapaju jedan po jedan,” rekao je Hammond.
Koristeći ovaj pristup, Hammond je stvorio čestice koje mogu zadati jedan ili dva udarca stanicama raka. Prvo, čestice oslobađaju dozu nukleinske kiseline kao što je kratka interferirajuća RNA (siRNA), koja može isključiti kancerogeni gen, ili mikroRNA, koja može aktivirati gene supresore tumora. Zatim, čestice otpuštaju lijek za kemoterapiju kao što je cisplatin, na koji su stanice sada osjetljivije.
Čestice također uključuju negativno nabijeni vanjski "stealth sloj" koji ih štiti od razgradnje u krvotoku prije nego što dosegnu svoje ciljeve. Ovaj vanjski sloj također se može modificirati kako bi pomogao stanicama raka da preuzmu čestice, ugradnjom molekula koje se vežu na proteine kojih ima u izobilju na tumorskim stanicama.
U novijem radu, Hammond je počeo razvijati nanočestice koje mogu ciljati na rak jajnika i pomoći u sprječavanju ponovnog pojavljivanja bolesti nakon kemoterapije. U oko 70 posto pacijenata s rakom jajnika, prva runda liječenja je vrlo učinkovita, ali tumori se ponavljaju u oko 85 posto tih slučajeva, a ti su novi tumori obično vrlo otporni na lijekove.
Promjenom vrste premaza koji se primjenjuje na nanočestice koje isporučuju lijekove, Hammond je otkrio da se čestice mogu dizajnirati tako da uđu u tumorske stanice ili da se zalijepe za njihove površine. Koristeći čestice koje se lijepe na stanice, osmislila je tretman koji bi mogao pomoći u pokretanju imunološkog odgovora pacijenta na sve ponovljene tumorske stanice.
"Kod raka jajnika, vrlo malo imunoloških stanica postoji u tom prostoru, a budući da nemaju puno imunoloških stanica, vrlo je teško pojačati imunološki odgovor", rekla je. "Međutim, ako možemo isporučiti molekulu susjednim stanicama, onim nekoliko prisutnih, i pokrenuti ih, tada bismo mogli nešto učiniti."
U tu je svrhu dizajnirala nanočestice koje isporučuju IL-12, citokin koji stimulira obližnje T stanice da krenu u akciju i počnu napadati tumorske stanice. U studiji na miševima otkrila je da je ovaj tretman inducirao dugotrajnu reakciju T-stanica pamćenja koja je spriječila ponovnu pojavu raka jajnika.
Hammond je zaključila svoje predavanje opisujući utjecaj koji je Institut imao na nju tijekom njezine karijere.
"Bilo je to transformativno iskustvo", rekla je. “Ovo mjesto doista smatram posebnim jer okuplja ljude i omogućuje nam da zajedno radimo stvari koje ne bismo mogli sami. I ta podrška koju dobivamo od naših prijatelja, kolega i studenata je ono što stvarno čini stvari mogućima.”
Napisala Anne Trafton
