पॉला हॅमंड 1980 च्या दशकाच्या सुरुवातीला एमआयटीच्या कॅम्पसमध्ये प्रथम वर्षाची विद्यार्थिनी म्हणून आली तेव्हा तिला खात्री नव्हती की ती आहे की नाही. खरं तर, तिने एमआयटीच्या प्रेक्षकांना सांगितल्याप्रमाणे, तिला "एक खोटे बोलणारा" वाटला.
MIT संस्थेच्या प्रोफेसर पॉला हॅमंड, एक जगप्रसिद्ध रासायनिक अभियंता, ज्यांनी आपल्या शैक्षणिक कारकिर्दीचा बहुतांश काळ MIT मध्ये व्यतीत केला आहे, यांनी 2023-24 जेम्स आर. किलियन ज्युनियर फॅकल्टी अचिव्हमेंट अवॉर्ड व्याख्यान दिले. प्रतिमा क्रेडिट: जेक बेल्चर
तथापि, ही भावना फार काळ टिकली नाही, कारण हॅमंडला तिच्या सहकारी विद्यार्थ्यांमध्ये आणि एमआयटीच्या प्राध्यापकांमध्ये पाठिंबा मिळू लागला. ती म्हणाली, “माझ्यासाठी समुदाय खरोखरच महत्त्वाचा होता, मी आहे असे वाटणे, माझे येथे एक स्थान आहे असे वाटणे आणि मला असे लोक सापडले जे मला स्वीकारण्यास आणि मला पाठिंबा देण्यास इच्छुक आहेत,” ती म्हणाली.
हॅमंड, एक जगप्रसिद्ध रासायनिक अभियंता ज्याने आपल्या शैक्षणिक कारकिर्दीचा बहुतांश काळ MIT मध्ये व्यतीत केला आहे, त्यांनी 2023-24 जेम्स आर. किलियन ज्युनियर फॅकल्टी अचिव्हमेंट अवॉर्ड लेक्चर दरम्यान आपले भाष्य केले.
1971 मध्ये एमआयटीचे 10 वे अध्यक्ष जेम्स किलियन यांना सन्मानित करण्यासाठी स्थापन करण्यात आलेला, किलियन अवॉर्ड हा एमआयटी फॅकल्टी सदस्याच्या असाधारण व्यावसायिक कामगिरीचा गौरव करतो. हॅमंडची या वर्षीच्या पुरस्कारासाठी निवड करण्यात आली आहे “केवळ तिच्या प्रचंड व्यावसायिक कामगिरी आणि योगदानासाठीच नाही तर तिची खरी जिव्हाळा आणि माणुसकी, तिची विचारशीलता आणि प्रभावी नेतृत्व आणि तिची सहानुभूती आणि नैतिकता यासाठी देखील” पुरस्काराच्या उद्धरणानुसार.
“प्राध्यापक हॅमंड हे नॅनोटेक्नॉलॉजी संशोधनातील अग्रणी आहेत. मूलभूत विज्ञानापासून ते औषध आणि उर्जेमधील अनुवादात्मक संशोधनापर्यंत विस्तारित असलेल्या कार्यक्रमासह, तिने कर्करोग उपचार आणि नॉन-इनव्हेसिव्ह इमेजिंगसाठी जटिल औषध वितरण प्रणालीच्या डिझाइन आणि विकासासाठी नवीन दृष्टीकोन सादर केले आहेत," मेरी फुलर, एमआयटीच्या प्राध्यापक आणि प्राध्यापक म्हणाल्या. साहित्यिक, ज्यांनी पुरस्कार प्रदान केला. "तिचे सहकारी म्हणून, आज तिची कारकीर्द साजरी करताना आम्हाला आनंद होत आहे."
जानेवारीमध्ये, हॅमंडने एमआयटीच्या प्राध्यापकांसाठी उपाध्यक्ष म्हणून काम करण्यास सुरुवात केली. त्यापूर्वी, तिने आठ वर्षे रासायनिक अभियांत्रिकी विभागाचे अध्यक्षपद भूषवले आणि 2021 मध्ये तिला इन्स्टिट्यूट प्रोफेसर म्हणून नियुक्त केले गेले.
एक अष्टपैलू तंत्र
डेट्रॉईटमध्ये वाढलेली हॅमंड, तिच्या पालकांना विज्ञानाची आवड निर्माण करण्याचे श्रेय देते. तिचे वडील त्यावेळेस बायोकेमिस्ट्रीमध्ये काही मोजक्या ब्लॅक पीएचडींपैकी एक होते, तर तिच्या आईने हॉवर्ड युनिव्हर्सिटीमधून नर्सिंगमध्ये पदव्युत्तर पदवी मिळवली आणि वेन काउंटी कम्युनिटी कॉलेजमध्ये नर्सिंग स्कूलची स्थापना केली. "त्यामुळे डेट्रॉईट क्षेत्रातील महिलांसाठी मोठ्या प्रमाणात संधी उपलब्ध झाली, ज्यात रंगीबेरंगी महिलांचा समावेश आहे," हॅमंडने नमूद केले.
1984 मध्ये एमआयटीमधून पदवी प्राप्त केल्यानंतर, हॅमंडने पदवीधर विद्यार्थी म्हणून संस्थेत परत येण्यापूर्वी अभियंता म्हणून काम केले, 1993 मध्ये तिची पीएचडी झाली. हार्वर्ड विद्यापीठात दोन वर्षांच्या पोस्टडॉकनंतर, 1995 मध्ये ती एमआयटी विद्याशाखेत सामील होण्यासाठी परतली. .
हॅमंडच्या संशोधनाच्या केंद्रस्थानी तिने पातळ फिल्म्स तयार करण्यासाठी विकसित केलेले तंत्र आहे जे मूलत: नॅनोकणांना "संकुचित-रॅप" करू शकते. या चित्रपटांची रासायनिक रचना ट्यून करून, कण औषधे किंवा न्यूक्लिक ॲसिड वितरीत करण्यासाठी आणि कर्करोगाच्या पेशींसह शरीरातील विशिष्ट पेशींना लक्ष्य करण्यासाठी सानुकूलित केले जाऊ शकतात.
हे चित्रपट तयार करण्यासाठी, हॅमंड नकारात्मक चार्ज केलेल्या पृष्ठभागावर सकारात्मक चार्ज केलेले पॉलिमर थर लावून सुरुवात करतो. नंतर, सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज केलेले पॉलिमर बदलून, अधिक स्तर जोडले जाऊ शकतात. या प्रत्येक थरामध्ये औषधे किंवा इतर उपयुक्त रेणू असू शकतात, जसे की DNA किंवा RNA. यापैकी काही चित्रपटांमध्ये शेकडो स्तर असतात, इतर फक्त एक असतात, ज्यामुळे ते विस्तृत अनुप्रयोगांसाठी उपयुक्त ठरतात.
“लेयर-बाय-लेयर प्रक्रियेबद्दल काय चांगले आहे ते म्हणजे मी डिग्रेडेबल पॉलिमरचा एक गट निवडू शकतो जे छान बायोकॉम्पॅटिबल आहेत आणि मी त्यांना आमच्या औषध सामग्रीसह पर्यायी करू शकतो. याचा अर्थ असा आहे की मी पातळ फिल्म लेयर तयार करू शकतो ज्यात फिल्ममध्ये वेगवेगळ्या बिंदूंवर वेगवेगळी औषधे असतात,” हॅमंड म्हणाले. “मग, जेव्हा चित्रपट खराब होतो तेव्हा ती औषधे उलट क्रमाने सोडू शकतात. हे आम्हाला पाणी-आधारित तंत्र वापरून जटिल, बहुऔषध चित्रपट तयार करण्यास सक्षम करत आहे.
हाडांच्या वाढीस चालना देण्यासाठी या थर-बाय-लेयर फिल्म्सचा वापर कसा केला जाऊ शकतो याचे हॅमंडने वर्णन केले आहे, ज्यायोगे जन्मजात हाडांच्या दोषांसह जन्मलेल्या लोकांना किंवा अत्यंत क्लेशकारक जखम झालेल्या लोकांना मदत होऊ शकते.
त्या वापरासाठी, तिच्या प्रयोगशाळेने दोन प्रथिनांचे थर असलेले चित्रपट तयार केले आहेत. यापैकी एक, BMP-2, एक प्रथिने आहे जे प्रौढ स्टेम पेशींशी संवाद साधते आणि त्यांना हाडांच्या पेशींमध्ये फरक करण्यास प्रवृत्त करते, नवीन हाडे तयार करतात. दुसरा VEGF नावाचा वाढीचा घटक आहे, जो नवीन रक्तवाहिन्यांच्या वाढीस उत्तेजित करतो ज्यामुळे हाडांना पुनर्जन्म होण्यास मदत होते. हे थर अतिशय पातळ टिश्यू स्कॅफोल्डवर लावले जातात जे दुखापतीच्या ठिकाणी रोपण केले जाऊ शकतात.
हॅमंड आणि तिच्या विद्यार्थ्यांनी कोटिंगची रचना केली जेणेकरून एकदा रोपण केल्यावर ते VEGF लवकर, एक आठवडा किंवा त्याहून अधिक काळ सोडेल आणि 2 दिवसांपर्यंत BMP-40 सोडत राहील. उंदरांच्या अभ्यासात, त्यांना आढळले की या ऊतींचे मचान वाढीस उत्तेजन देते नवीन हाड जे नैसर्गिक हाडांपासून जवळजवळ वेगळे नव्हते.
लक्ष्य कर्करोग
एमआयटीच्या कोच इन्स्टिट्यूट फॉर इंटिग्रेटिव्ह कॅन्सर रिसर्चचे सदस्य म्हणून, हॅमंडने लेयर-बाय-लेयर कोटिंग्स देखील विकसित केले आहेत जे कर्करोगाच्या औषध वितरणासाठी वापरल्या जाणाऱ्या नॅनोकणांचे कार्यप्रदर्शन सुधारू शकतात, जसे की लिपोसोम्स किंवा PLGA नावाच्या पॉलिमरपासून बनविलेले नॅनोकण.
“आमच्याकडे औषध वाहकांची विस्तृत श्रेणी आहे जी आम्ही अशा प्रकारे गुंडाळू शकतो. मी त्यांच्याबद्दल गॉबस्टॉपरसारखा विचार करतो, जिथे कँडीचे ते सर्व विविध स्तर आहेत आणि ते एका वेळी एक विरघळतात," हॅमंड म्हणाला.
हा दृष्टिकोन वापरून, हॅमंडने कण तयार केले आहेत जे कर्करोगाच्या पेशींना एक-दोन पंच देऊ शकतात. प्रथम, कण न्यूक्लिक ॲसिडचा डोस सोडतात जसे की शॉर्ट इंटरफेरिंग आरएनए (siRNA), जे कर्करोगाचे जनुक बंद करू शकते, किंवा मायक्रोआरएनए, जे ट्यूमर सप्रेसर जीन्स सक्रिय करू शकते. त्यानंतर, कण सिस्प्लॅटिन सारखे केमोथेरपी औषध सोडतात, ज्यासाठी पेशी आता अधिक असुरक्षित आहेत.
कणांमध्ये नकारात्मक चार्ज केलेला बाह्य "स्टिल्थ लेयर" देखील समाविष्ट आहे जो त्यांचे लक्ष्य गाठण्यापूर्वी रक्तप्रवाहात तुटण्यापासून त्यांचे संरक्षण करतो. ट्यूमर पेशींवर मुबलक प्रमाणात असलेल्या प्रथिनांना जोडणारे रेणू समाविष्ट करून, कण कर्करोगाच्या पेशींद्वारे उचलण्यात मदत करण्यासाठी हा बाह्य स्तर देखील सुधारित केला जाऊ शकतो.
अधिक अलीकडील कामात, हॅमंडने नॅनोकण विकसित करण्यास सुरुवात केली आहे जे गर्भाशयाच्या कर्करोगाला लक्ष्य करू शकतात आणि केमोथेरपीनंतर रोगाची पुनरावृत्ती टाळण्यास मदत करतात. गर्भाशयाच्या कर्करोगाच्या सुमारे 70 टक्के रुग्णांमध्ये, उपचाराची पहिली फेरी अत्यंत प्रभावी आहे, परंतु त्यापैकी सुमारे 85 टक्के प्रकरणांमध्ये ट्यूमर पुन्हा उद्भवतात आणि हे नवीन ट्यूमर सामान्यतः औषध प्रतिरोधक असतात.
औषध-वितरण नॅनोकणांवर लागू केलेल्या कोटिंगच्या प्रकारात बदल करून, हॅमंडला आढळले की कण एकतर ट्यूमर पेशींच्या आत जाण्यासाठी किंवा त्यांच्या पृष्ठभागावर चिकटण्यासाठी डिझाइन केले जाऊ शकतात. पेशींना चिकटलेल्या कणांचा वापर करून, तिने एक उपचार डिझाइन केले आहे जे कोणत्याही वारंवार येणाऱ्या ट्यूमर पेशींना रुग्णाची रोगप्रतिकारक प्रतिक्रिया जंपस्टार्ट करण्यास मदत करू शकते.
"ओव्हेरियन कॅन्सरमुळे, त्या जागेत फारच कमी रोगप्रतिकारक पेशी अस्तित्वात आहेत आणि त्यांच्याकडे भरपूर रोगप्रतिकारक पेशी नसल्यामुळे, रोगप्रतिकारक प्रतिक्रिया पुन्हा वाढवणे फार कठीण आहे," ती म्हणाली. "तथापि, जर आपण शेजारच्या पेशींमध्ये रेणू वितरीत करू शकलो, जे काही उपस्थित आहेत आणि त्यांना पुन्हा जिवंत केले तर आपण काहीतरी करू शकू."
यासाठी, तिने नॅनोकणांची रचना केली जी IL-12 वितरीत करते, एक सायटोकाइन जे जवळच्या टी पेशींना क्रिया करण्यास उत्तेजित करते आणि ट्यूमर पेशींवर हल्ला करण्यास सुरवात करते. उंदरांच्या अभ्यासात, तिला असे आढळून आले की या उपचारामुळे दीर्घकालीन स्मृती टी-सेल प्रतिसादामुळे गर्भाशयाच्या कर्करोगाची पुनरावृत्ती रोखली गेली.
हॅमंडने तिच्या संपूर्ण कारकिर्दीत संस्थेचा तिच्यावर झालेल्या प्रभावाचे वर्णन करून तिचे व्याख्यान बंद केले.
"हा एक परिवर्तनाचा अनुभव आहे," ती म्हणाली. “मला या ठिकाणाबद्दल खरोखरच विशेष वाटते कारण ते लोकांना एकत्र आणते आणि आम्हाला अशा गोष्टी एकत्र करण्यास सक्षम करते जे आम्ही एकटे करू शकत नाही. आणि हेच आम्हाला आमचे मित्र, आमचे सहकारी आणि आमच्या विद्यार्थ्यांकडून मिळालेले समर्थन आहे ज्यामुळे खरोखरच गोष्टी शक्य होतात.”
ऍनी ट्रॅफ्टन यांनी लिहिलेले
