Amikor az 1980-as évek elején Paula Hammond elsőéves hallgatóként megérkezett az MIT egyetemére, nem volt biztos benne, hogy ide tartozik-e. Valójában, amint azt az MIT közönségének elmondta, „imposztornak” érezte magát.
Az MIT Institute professzora, Paula Hammond, a világhírű vegyészmérnök, aki tudományos karrierje nagy részét az MIT-ben töltötte, tartotta a 2023-24-es James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award előadást. A kép forrása: Jake Belcher
Ez az érzés azonban nem tartott sokáig, amikor Hammond támogatásra talált diáktársai és az MIT oktatói körében. „Nagyon fontos volt számomra a közösség, hogy magamhoz tartozom, érezzem, hogy itt a helyem, és olyan embereket találtam, akik készek voltak átölelni és támogatni” – mondta.
Hammond, a világhírű vegyészmérnök, aki tudományos pályafutása nagy részét az MIT-nél töltötte, a 2023–24-es James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award előadásán tette észrevételeit.
Az 1971-ben az MIT 10. elnökének, James Killiannak a tiszteletére alapított Killian-díj az MIT oktatóinak rendkívüli szakmai eredményeit ismeri el. Hammondot az idei díjra „nemcsak óriási szakmai eredményeiért és hozzájárulásáért, hanem őszinte melegéért és emberségéért, megfontoltságáért és hatékony vezetéséért, valamint empátiájáért és etikusságáért is választották” – áll a díj idézésében.
„Hammond professzor úttörő a nanotechnológiai kutatásban. Az alaptudománytól az orvostudomány és az energia transzlációs kutatásáig terjedő programmal új megközelítéseket vezetett be a rákkezelés és a noninvazív képalkotás komplex gyógyszeradagoló rendszereinek tervezésére és fejlesztésére” – mondta Mary Fuller, az MIT karának elnöke és professzora. az irodalom képviselője, aki átadta a díjat. Kollégáiként örömmel ünnepeljük a mai karrierjét.
Januárban Hammond az MIT oktatói helyettes prépostjaként kezdett szolgálni. Előtte nyolc évig a Vegyészmérnöki Tanszék elnöke volt, majd 2021-ben intézeti tanárrá nevezték ki.
Sokoldalú technika
Hammond, aki Detroitban nőtt fel, szüleinek tulajdonítja a tudomány szeretetét. Apja abban az időben azon kevés fekete doktorok egyike volt a biokémiából, míg anyja a Howard Egyetemen szerzett ápolói diplomát, és megalapította az ápolónői iskolát a Wayne County Community College-ban. „Ez hatalmas lehetőséget biztosított a nők számára Detroit környékén, beleértve a színes bőrűeket is” – jegyezte meg Hammond.
Miután 1984-ben megszerzett alapdiplomát az MIT-n, Hammond mérnökként dolgozott, majd posztgraduális hallgatóként visszatért az intézetbe, és 1993-ban PhD fokozatot szerzett. A Harvard Egyetemen végzett kétéves posztdoktori tanulmánya után 1995-ben visszatért az MIT karához. .
Hammond kutatásának középpontjában az a technika áll, amelyet olyan vékony filmek létrehozására fejlesztett ki, amelyek lényegében „zsugorfóliázni” képesek nanorészecskéket. Ezeknek a filmeknek a kémiai összetételének hangolásával a részecskék testreszabhatók úgy, hogy gyógyszereket vagy nukleinsavakat szállítsanak, és megcélozzák a szervezetben lévő specifikus sejteket, beleértve a rákos sejteket is.
E filmek elkészítéséhez Hammond először pozitív töltésű polimereket rétegez egy negatív töltésű felületre. Ezután több réteget lehet hozzáadni, váltakozva pozitív és negatív töltésű polimereket. Ezen rétegek mindegyike tartalmazhat gyógyszereket vagy más hasznos molekulákat, például DNS-t vagy RNS-t. Ezen fóliák némelyike több száz réteget tartalmaz, mások csak egyet, így sokféle alkalmazáshoz hasznosak.
„A rétegről rétegre történő eljárásban az a jó, hogy kiválaszthatok egy csoportot a lebomló polimerekből, amelyek szépen biokompatibilisek, és ezeket váltogathatom gyógyszeranyagainkkal. Ez azt jelenti, hogy vékony filmrétegeket tudok felépíteni, amelyek a film különböző pontjain különböző gyógyszereket tartalmaznak” – mondta Hammond. „Aztán, amikor a film lebomlik, fordított sorrendben szabadulhat fel belőle a gyógyszerek. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy összetett, több hatóanyagot tartalmazó filmeket készítsünk, egyszerű vízbázisú technikával.”
Hammond leírta, hogy ezek a rétegenkénti filmek hogyan használhatók a csontnövekedés elősegítésére egy olyan alkalmazásban, amely segíthet a veleszületett csonthibákkal született vagy traumás sérüléseket szenvedő embereken.
Erre a célra a laboratóriuma két fehérjerétegből álló filmeket készített. Ezek egyike, a BMP-2 egy olyan fehérje, amely kölcsönhatásba lép a felnőtt őssejtekkel, és arra készteti őket, hogy csontsejtekké differenciálódjanak, új csontot hozva létre. A második a VEGF nevű növekedési faktor, amely serkenti a csontok regenerálódását elősegítő új erek növekedését. Ezeket a rétegeket egy nagyon vékony szövetvázra helyezik, amely beültethető a sérülés helyére.
Hammond és tanítványai úgy tervezték meg a bevonatot, hogy beültetés után korán, körülbelül egy hétig szabadítsa fel a VEGF-et, és akár 2 napig is tovább engedje a BMP-40-t. Egy egereken végzett vizsgálat során azt találták, hogy ez a szöveti állvány serkenti a növekedést új csont ami szinte megkülönböztethetetlen volt a természetes csonttól.
A rák megcélzása
A MIT Koch Integratív Rákkutatási Intézetének tagjaként Hammond olyan rétegről rétegre kifejlesztett bevonatokat is kifejlesztett, amelyek javíthatják a rákgyógyszerek leadására használt nanorészecskék, például a liposzómák vagy a PLGA nevű polimerből készült nanorészecskék teljesítményét.
„Sokféle gyógyszerhordozóval rendelkezünk, amelyeket így becsomagolhatunk. Úgy gondolok rájuk, mint egy gobstopperre, ahol az édesség különböző rétegei vannak, és egyenként feloldódnak” – mondta Hammond.
Ezzel a megközelítéssel Hammond olyan részecskéket hozott létre, amelyek egy-két ütést képesek leadni a rákos sejteknek. Először is, a részecskék egy adag nukleinsavat szabadítanak fel, például rövid interferáló RNS-t (siRNS), amely kikapcsolhat egy rákos gént, vagy mikroRNS-t, amely aktiválhatja a tumorszuppresszor géneket. Ezután a részecskék kemoterápiás gyógyszert, például ciszplatint szabadítanak fel, amellyel a sejtek most sebezhetőbbek.
A részecskék tartalmaznak egy negatív töltésű külső „lopakodó réteget” is, amely megvédi őket attól, hogy a véráramban lebomlanak, mielőtt elérnék céljukat. Ez a külső réteg módosítható is, hogy elősegítse a részecskék felszívódását a rákos sejtekbe oly módon, hogy olyan molekulákat építenek be, amelyek a tumorsejtekben bőségesen előforduló fehérjékhez kötődnek.
Hammond újabb munkája során olyan nanorészecskéket kezdett fejleszteni, amelyek megcélozhatják a petefészekrákot, és segítenek megelőzni a betegség kemoterápia utáni kiújulását. A petefészekrákos betegek körülbelül 70 százalékánál a kezelés első köre nagyon hatékony, de a daganatok az esetek körülbelül 85 százalékában kiújulnak, és ezek az új daganatok általában nagyon gyógyszerrezisztensek.
A gyógyszerszállító nanorészecskékre alkalmazott bevonat típusának megváltoztatásával Hammond úgy találta, hogy a részecskéket úgy lehet megtervezni, hogy vagy bejussanak a daganatsejtekbe, vagy megtapadjanak a felületükön. A sejtekhez tapadt részecskék felhasználásával olyan kezelést tervezett, amely segíthet a páciens immunválaszának felgyorsításában bármilyen visszatérő daganatos sejtre.
"A petefészekrák esetében nagyon kevés immunsejt létezik ezen a téren, és mivel nincs sok immunsejtjük, nagyon nehéz felpörgetni az immunválaszt" - mondta. "Ha azonban el tudunk juttatni egy molekulát a szomszédos sejtekhez, a kevés jelenlévő sejthez, és felpörgetjük őket, akkor talán tehetünk valamit."
Ebből a célból olyan nanorészecskéket tervezett, amelyek IL-12-t szállítanak, egy olyan citokint, amely a közeli T-sejtek működését serkenti, és megtámadja a tumorsejteket. Egy egereken végzett vizsgálat során azt találta, hogy ez a kezelés hosszú távú memória T-sejtes választ váltott ki, amely megakadályozta a petefészekrák kiújulását.
Hammond előadását azzal zárta, hogy bemutatta, milyen hatást gyakorolt rá az intézet pályafutása során.
„Átformáló élmény volt” – mondta. „Valóban különlegesnek tartom ezt a helyet, mert összehozza az embereket, és lehetővé teszi számunkra, hogy olyan dolgokat csináljunk együtt, amelyeket egyedül nem tudnánk megtenni. És a barátainktól, kollégáinktól és diákjainktól kapott támogatás teszi igazán lehetővé a dolgokat.”
Írta: Anne Trafton
