Þegar Paula Hammond kom fyrst á háskólasvæði MIT sem fyrsta árs nemandi snemma á níunda áratugnum var hún ekki viss um hvort hún ætti heima. Reyndar, eins og hún sagði við MIT áhorfendur, leið henni eins og „svikari“.
MIT Institute Prófessor Paula Hammond, heimsþekktur efnaverkfræðingur sem hefur eytt mestum hluta námsferils síns við MIT, flutti fyrirlestur James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award 2023-24. Myndinneign: Jake Belcher
Sú tilfinning varði þó ekki lengi, því Hammond fór að finna stuðning meðal samnemenda sinna og MIT-deildar. „Samfélagið var mjög mikilvægt fyrir mig, að finnast ég tilheyra, að finna að ég ætti stað hér og ég fann fólk sem var tilbúið að faðma mig og styðja mig,“ sagði hún.
Hammond, heimsþekktur efnaverkfræðingur sem hefur eytt mestum hluta námsferils síns við MIT, sagði ummæli sín á fyrirlestri James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award 2023-24.
Killian verðlaunin voru stofnuð árið 1971 til að heiðra 10. forseta MIT, James Killian, og viðurkennir óvenjulegt faglegt afrek MIT-deildarmeðlims. Hammond var valin til verðlaunanna í ár „ekki aðeins fyrir gífurlegan faglegan árangur og framlag, heldur einnig fyrir ósvikna hlýju og mannúð, hugulsemi hennar og árangursríka leiðtogahæfileika og samúð og siðferði,“ segir í verðlaunatilvitnuninni.
„Hammond prófessor er frumkvöðull í rannsóknum á nanótækni. Með áætlun sem nær frá grunnvísindum til þýðingarrannsókna í læknisfræði og orku, hefur hún kynnt nýjar aðferðir við hönnun og þróun flókinna lyfjagjafakerfa fyrir krabbameinsmeðferð og óífarandi myndgreiningu,“ sagði Mary Fuller, formaður MIT-deildar og prófessor. bókmenntafræði, sem veitti verðlaunin. „Sem samstarfsmenn hennar erum við ánægð með að fagna ferli hennar í dag.
Í janúar hóf Hammond að starfa sem varaprófessor MIT fyrir deildina. Þar áður var hún formaður efnaverkfræðideildar í átta ár og hún var útnefnd stofnunarprófessor árið 2021.
Fjölhæf tækni
Hammond, sem ólst upp í Detroit, þakkar foreldrum sínum að hafa ræktað ást á vísindum. Faðir hennar var einn af mjög fáum svörtum doktorum í lífefnafræði á þeim tíma, en móðir hennar lauk meistaragráðu í hjúkrunarfræði frá Howard háskólanum og stofnaði hjúkrunarskólann við Wayne County Community College. „Þetta gaf gríðarlega mikið af tækifærum fyrir konur á svæðinu í Detroit, þar á meðal litar konur,“ sagði Hammond.
Eftir að hafa lokið BA gráðu frá MIT árið 1984 starfaði Hammond sem verkfræðingur áður en hann sneri aftur til stofnunarinnar sem framhaldsnemi og lauk doktorsprófi árið 1993. Eftir tveggja ára doktorsnám við Harvard háskóla sneri hún aftur til MIT deildarinnar árið 1995 .
Kjarninn í rannsóknum Hammond er tækni sem hún þróaði til að búa til þunnar filmur sem geta í rauninni „hrinkað“ nanóögnum. Með því að stilla efnasamsetningu þessara kvikmynda er hægt að aðlaga agnirnar til að gefa lyf eða kjarnsýrur og miða á sérstakar frumur líkamans, þar á meðal krabbameinsfrumur.
Til að búa til þessar filmur byrjar Hammond á því að setja jákvætt hlaðnar fjölliður í lag á neikvætt hlaðið yfirborð. Síðan er hægt að bæta við fleiri lögum sem skiptast á jákvætt og neikvætt hlaðnar fjölliður. Hvert þessara laga getur innihaldið lyf eða aðrar gagnlegar sameindir, svo sem DNA eða RNA. Sumar þessara kvikmynda innihalda hundruð laga, aðrar aðeins eitt, sem gerir þær gagnlegar fyrir margs konar notkun.
„Það sem er sniðugt við lag-fyrir-lag ferlið er að ég get valið hóp niðurbrjótanlegra fjölliða sem eru ágætlega lífsamhæfðar og ég get skipt þeim á milli við lyfjaefnin okkar. Þetta þýðir að ég get byggt upp þunn filmulög sem innihalda mismunandi lyf á mismunandi stöðum í myndinni,“ sagði Hammond. „Þegar myndin brotnar niður getur hún gefið út þessi lyf í öfugri röð. Þetta gerir okkur kleift að búa til flóknar, fjöllyfja kvikmyndir, með því að nota einfalda vatnsmiðaða tækni.“
Hammond lýsti því hvernig hægt er að nota þessar lag-fyrir-lag filmur til að efla beinvöxt, í forriti sem gæti hjálpað fólki sem fæðist með meðfædda beingalla eða fólk sem verður fyrir áverka.
Til þess hefur rannsóknarstofa hennar búið til kvikmyndir með lögum af tveimur próteinum. Eitt þeirra, BMP-2, er prótein sem hefur samskipti við fullorðna stofnfrumur og fær þær til að aðgreina sig í beinfrumur og mynda nýtt bein. Annað er vaxtarþáttur sem kallast VEGF, sem örvar vöxt nýrra æða sem hjálpa beinum að endurnýjast. Þessi lög eru sett á mjög þunnan vefjapalla sem hægt er að græða á áverkastaðnum.
Hammond og nemendur hennar hönnuðu húðina þannig að þegar hún var ígrædd myndi hún losa VEGF snemma, meira en viku eða svo, og halda áfram að losa BMP-2 í allt að 40 daga. Í rannsókn á músum komust þeir að því að þessi vefjapallur örvaði vöxt nýtt bein sem var nánast óaðgreinanlegt frá náttúrulegu beini.
Að miða við krabbamein
Sem meðlimur MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, hefur Hammond einnig þróað lag-fyrir-lag húðun sem getur bætt afköst nanóagna sem notaðar eru við krabbameinslyfjagjöf, svo sem lípósóm eða nanóagnir úr fjölliðu sem kallast PLGA.
„Við erum með breitt úrval af fíkniefnaberum sem við getum pakkað inn á þennan hátt. Ég hugsa um þá eins og gobstopper, þar sem það eru öll þessi mismunandi lög af nammi og þau leysast upp eitt í einu,“ sagði Hammond.
Með því að nota þessa nálgun hefur Hammond búið til agnir sem geta gefið krabbameinsfrumum einn eða tvo högg. Í fyrsta lagi losa agnirnar skammt af kjarnsýru eins og stutt truflun RNA (siRNA), sem getur slökkt á krabbameinsgeni, eða microRNA, sem getur virkjað æxlisbælandi gen. Síðan losa agnirnar krabbameinslyf eins og cisplatín, sem frumurnar eru nú viðkvæmari fyrir.
Agnirnar innihalda einnig neikvætt hlaðið ytra „stealth lag“ sem verndar þær frá því að brotna niður í blóðrásinni áður en þær ná markmiðum sínum. Þetta ytra lag er einnig hægt að breyta til að hjálpa ögnunum að taka upp af krabbameinsfrumum, með því að innlima sameindir sem bindast próteinum sem eru mikið af æxlisfrumum.
Í nýrri vinnu hefur Hammond byrjað að þróa nanóagnir sem geta miðað við krabbamein í eggjastokkum og hjálpað til við að koma í veg fyrir endurkomu sjúkdómsins eftir krabbameinslyfjameðferð. Hjá um 70 prósent krabbameinssjúklinga í eggjastokkum er fyrsta meðferðarlotan mjög árangursrík, en æxli koma aftur í um 85 prósent þeirra tilfella og þessi nýju æxli eru yfirleitt mjög ónæm fyrir lyfjum.
Með því að breyta gerð húðunar sem beitt er á nanóagnir sem gefa lyf hefur Hammond komist að því að hægt er að hanna agnirnar til að annað hvort komast inn í æxlisfrumur eða festast við yfirborð þeirra. Með því að nota agnir sem festast við frumurnar hefur hún hannað meðferð sem gæti hjálpað til við að hrinda af stað ónæmissvörun sjúklings við hvers kyns endurteknum æxlisfrumum.
„Með krabbameini í eggjastokkum eru mjög fáar ónæmisfrumur til í því rými og vegna þess að þær hafa ekki mikið af ónæmisfrumum til staðar, er mjög erfitt að endurvekja ónæmissvörun,“ sagði hún. „Hins vegar, ef við getum afhent sameind til nágrannafruma, þessar fáu sem eru til staðar, og endurvekja þær, þá gætum við kannski gert eitthvað.
Í því skyni hannaði hún nanóagnir sem skila IL-12, frumuvaka sem örvar nálægar T-frumur til að spreyta sig og byrja að ráðast á æxlisfrumur. Í rannsókn á músum komst hún að því að þessi meðferð framkallaði T-frumuviðbrögð í langtímaminni sem kom í veg fyrir endurkomu krabbameins í eggjastokkum.
Hammond lauk fyrirlestri sínum með því að lýsa þeim áhrifum sem stofnunin hefur haft á hana í gegnum ferilinn.
„Þetta hefur verið umbreytandi reynsla,“ sagði hún. „Mér finnst þessi stað virkilega sérstakur vegna þess að hann sameinar fólk og gerir okkur kleift að gera hluti saman sem við gætum ekki gert ein. Og það er þessi stuðningur sem við fáum frá vinum okkar, samstarfsfólki okkar og nemendum okkar sem gerir hlutina virkilega mögulega.“
Skrifað af Anne Trafton
