Ketika Paula Hammond pertama kali tiba di kampus MIT sebagai mahasiswa tahun pertama pada awal tahun 1980an, dia tidak yakin apakah dia termasuk di dalamnya. Faktanya, saat dia menceritakannya kepada audiens MIT, dia merasa seperti “seorang penipu ulung.”
Profesor Paula Hammond dari Institut MIT, seorang insinyur kimia terkenal di dunia yang menghabiskan sebagian besar karir akademisnya di MIT, menyampaikan kuliah Penghargaan Prestasi Fakultas James R. Killian Jr. Kredit gambar: Jake Belcher
Namun, perasaan itu tidak bertahan lama, karena Hammond mulai mendapatkan dukungan dari rekan-rekan mahasiswanya dan staf pengajar MIT. “Komunitas sangat penting bagi saya, untuk merasa menjadi bagian saya, untuk merasa mendapat tempat di sini, dan saya menemukan orang-orang yang bersedia menerima dan mendukung saya,” katanya.
Hammond, seorang insinyur kimia terkenal di dunia yang menghabiskan sebagian besar karir akademisnya di MIT, menyampaikan sambutannya pada kuliah Penghargaan Prestasi Fakultas James R. Killian Jr.
Didirikan pada tahun 1971 untuk menghormati presiden ke-10 MIT, James Killian, Killian Award mengakui pencapaian profesional luar biasa yang dilakukan oleh seorang anggota fakultas MIT. Hammond terpilih untuk penghargaan tahun ini “tidak hanya karena pencapaian dan kontribusi profesionalnya yang luar biasa, tetapi juga karena kehangatan dan kemanusiaannya yang tulus, perhatian dan kepemimpinannya yang efektif, serta empati dan etikanya,” menurut kutipan penghargaan tersebut.
“Profesor Hammond adalah pionir dalam penelitian nanoteknologi. Dengan program yang mencakup sains dasar hingga penelitian translasi di bidang kedokteran dan energi, dia telah memperkenalkan pendekatan baru untuk desain dan pengembangan sistem penghantaran obat yang kompleks untuk pengobatan kanker dan pencitraan non-invasif,” kata Mary Fuller, ketua fakultas MIT dan seorang profesor. sastra, yang menyerahkan penghargaan tersebut. “Sebagai koleganya, kami sangat senang merayakan kariernya hari ini.”
Pada bulan Januari, Hammond mulai menjabat sebagai wakil rektor MIT untuk fakultas. Sebelumnya, ia mengetuai Departemen Teknik Kimia selama delapan tahun, dan diangkat menjadi Profesor Institut pada tahun 2021.
Sebuah teknik serbaguna
Hammond, yang besar di Detroit, memuji orang tuanya karena menanamkan kecintaan terhadap sains. Ayahnya adalah salah satu dari sedikit PhD kulit hitam di bidang biokimia pada saat itu, sementara ibunya memperoleh gelar master di bidang keperawatan dari Howard University dan mendirikan sekolah perawat di Wayne County Community College. “Hal ini memberikan peluang yang sangat besar bagi perempuan di wilayah Detroit, termasuk perempuan kulit berwarna,” kata Hammond.
Setelah memperoleh gelar sarjana dari MIT pada tahun 1984, Hammond bekerja sebagai insinyur sebelum kembali ke Institut sebagai mahasiswa pascasarjana, memperoleh gelar PhD pada tahun 1993. Setelah dua tahun postdoc di Universitas Harvard, ia kembali bergabung dengan fakultas MIT pada tahun 1995 .
Inti dari penelitian Hammond adalah teknik yang ia kembangkan untuk membuat film tipis yang pada dasarnya dapat “membungkus” nanopartikel. Dengan menyesuaikan komposisi kimia dari film-film ini, partikel-partikel tersebut dapat disesuaikan untuk mengantarkan obat atau asam nukleat dan untuk menargetkan sel-sel tertentu dalam tubuh, termasuk sel-sel kanker.
Untuk membuat film ini, Hammond memulai dengan melapisi polimer bermuatan positif ke permukaan bermuatan negatif. Kemudian, lebih banyak lapisan dapat ditambahkan, bergantian polimer bermuatan positif dan negatif. Masing-masing lapisan ini mungkin mengandung obat atau molekul berguna lainnya, seperti DNA atau RNA. Beberapa dari film ini mengandung ratusan lapisan, yang lain hanya satu, sehingga berguna untuk berbagai aplikasi.
“Yang menarik dari proses lapis demi lapis ini adalah saya dapat memilih sekelompok polimer yang dapat terdegradasi dan memiliki biokompatibel yang baik, dan saya dapat menggantinya dengan bahan obat kami. Ini berarti saya dapat membangun lapisan film tipis yang mengandung obat berbeda di berbagai titik dalam film,” kata Hammond. “Kemudian, ketika film tersebut terdegradasi, obat-obatan tersebut dapat dilepaskan dalam urutan terbalik. Hal ini memungkinkan kami membuat film multidrug yang kompleks, menggunakan teknik sederhana berbasis air.”
Hammond menjelaskan bagaimana film lapis demi lapis ini dapat digunakan untuk mendorong pertumbuhan tulang, dalam sebuah aplikasi yang dapat membantu orang yang lahir dengan cacat tulang bawaan atau orang yang mengalami cedera traumatis.
Untuk penggunaan tersebut, laboratoriumnya telah membuat film dengan lapisan dua protein. Salah satunya, BMP-2, adalah protein yang berinteraksi dengan sel induk dewasa dan menginduksi sel tersebut berdiferensiasi menjadi sel tulang, sehingga menghasilkan tulang baru. Yang kedua adalah faktor pertumbuhan yang disebut VEGF, yang merangsang pertumbuhan pembuluh darah baru yang membantu regenerasi tulang. Lapisan-lapisan ini diterapkan pada perancah jaringan yang sangat tipis yang dapat ditanamkan di lokasi cedera.
Hammond dan murid-muridnya merancang lapisan tersebut sehingga setelah ditanamkan, lapisan tersebut akan melepaskan VEGF lebih awal, sekitar seminggu atau lebih, dan terus melepaskan BMP-2 hingga 40 hari. Dalam sebuah penelitian terhadap tikus, mereka menemukan bahwa perancah jaringan ini merangsang pertumbuhan tulang baru itu hampir tidak bisa dibedakan dari tulang alami.
Menargetkan kanker
Sebagai anggota Institut Koch untuk Penelitian Kanker Integratif MIT, Hammond juga telah mengembangkan pelapis lapis demi lapis yang dapat meningkatkan kinerja nanopartikel yang digunakan untuk penghantaran obat kanker, seperti liposom atau nanopartikel yang terbuat dari polimer yang disebut PLGA.
“Kita mempunyai banyak sekali pembawa narkoba yang dapat kita bungkus dengan cara ini. Saya menganggapnya seperti gobstopper, di mana terdapat lapisan-lapisan permen yang berbeda dan mereka larut satu per satu,” kata Hammond.
Dengan menggunakan pendekatan ini, Hammond telah menciptakan partikel yang dapat memberikan efek satu-dua pada sel kanker. Pertama, partikel melepaskan sejumlah asam nukleat seperti short interfering RNA (siRNA), yang dapat mematikan gen kanker, atau microRNA, yang dapat mengaktifkan gen penekan tumor. Kemudian, partikel tersebut melepaskan obat kemoterapi seperti cisplatin, yang membuat sel menjadi lebih rentan.
Partikel-partikel tersebut juga mencakup “lapisan siluman” luar yang bermuatan negatif yang melindunginya agar tidak terurai dalam aliran darah sebelum mencapai targetnya. Lapisan luar ini juga dapat dimodifikasi untuk membantu partikel diserap oleh sel kanker, dengan menggabungkan molekul yang mengikat protein yang banyak terdapat pada sel tumor.
Dalam penelitian terbarunya, Hammond telah mulai mengembangkan nanopartikel yang dapat menargetkan kanker ovarium dan membantu mencegah terulangnya penyakit setelah kemoterapi. Pada sekitar 70 persen pasien kanker ovarium, pengobatan putaran pertama sangat efektif, namun tumor kambuh pada sekitar 85 persen kasus, dan tumor baru ini biasanya sangat resistan terhadap obat.
Dengan mengubah jenis lapisan yang diterapkan pada nanopartikel penghantar obat, Hammond menemukan bahwa partikel tersebut dapat dirancang untuk masuk ke dalam sel tumor atau menempel pada permukaannya. Dengan menggunakan partikel yang menempel pada sel, dia telah merancang pengobatan yang dapat membantu meningkatkan respons kekebalan pasien terhadap sel tumor yang muncul kembali.
“Pada kanker ovarium, sangat sedikit sel kekebalan yang ada di ruang tersebut, dan karena mereka tidak memiliki banyak sel kekebalan, sangat sulit untuk meningkatkan respons kekebalan,” katanya. “Namun, jika kita dapat mengirimkan molekul ke sel-sel di dekatnya, yang jumlahnya sedikit, dan meningkatkannya, maka kita mungkin dapat melakukan sesuatu.”
Untuk itu, ia merancang nanopartikel yang menghasilkan IL-12, sebuah sitokin yang menstimulasi sel T di dekatnya untuk beraksi dan mulai menyerang sel tumor. Dalam sebuah penelitian terhadap tikus, dia menemukan bahwa pengobatan ini menginduksi respon sel T memori jangka panjang yang mencegah kambuhnya kanker ovarium.
Hammond menutup kuliahnya dengan menjelaskan dampak Institut terhadap dirinya sepanjang kariernya.
“Ini merupakan pengalaman yang transformatif,” katanya. “Saya benar-benar menganggap tempat ini istimewa karena menyatukan orang-orang dan memungkinkan kita melakukan hal-hal bersama yang tidak dapat kita lakukan sendirian. Dan dukungan yang kami peroleh dari teman, kolega, dan siswa kamilah yang benar-benar membuat segalanya menjadi mungkin.”
Ditulis oleh Anne Trafton
