Apabila Paula Hammond mula-mula tiba di kampus MIT sebagai pelajar tahun pertama pada awal 1980-an, dia tidak pasti sama ada dia tergolong. Malah, semasa dia memberitahu penonton MIT, dia berasa seperti "penipu".
Profesor Institut MIT Paula Hammond, seorang jurutera kimia terkenal di dunia yang telah menghabiskan sebahagian besar kerjaya akademiknya di MIT, menyampaikan syarahan Anugerah Pencapaian Fakulti James R. Killian Jr. 2023-24. Kredit imej: Jake Belcher
Walau bagaimanapun, perasaan itu tidak bertahan lama, kerana Hammond mula mendapat sokongan di kalangan rakan pelajarnya dan fakulti MIT. "Komuniti adalah sangat penting bagi saya, untuk merasakan bahawa saya adalah milik, merasakan bahawa saya mempunyai tempat di sini, dan saya menemui orang yang bersedia untuk memeluk saya dan menyokong saya," katanya.
Hammond, seorang jurutera kimia terkenal di dunia yang telah menghabiskan sebahagian besar kerjaya akademiknya di MIT, membuat kenyataannya semasa kuliah Anugerah Pencapaian Fakulti James R. Killian Jr. 2023-24.
Ditubuhkan pada tahun 1971 untuk menghormati presiden ke-10 MIT, James Killian, Anugerah Killian mengiktiraf pencapaian profesional yang luar biasa oleh ahli fakulti MIT. Hammond dipilih untuk anugerah tahun ini "bukan sahaja untuk pencapaian dan sumbangan profesionalnya yang luar biasa, tetapi juga untuk kemesraan dan kemanusiaannya yang tulen, kebijaksanaan dan kepimpinannya yang berkesan, serta empati dan etikanya," menurut petikan anugerah itu.
“Profesor Hammond adalah perintis dalam penyelidikan nanoteknologi. Dengan program yang merangkumi sains asas kepada penyelidikan translasi dalam bidang perubatan dan tenaga, beliau telah memperkenalkan pendekatan baharu untuk reka bentuk dan pembangunan sistem penghantaran ubat yang kompleks untuk rawatan kanser dan pengimejan bukan invasif,” kata Mary Fuller, pengerusi fakulti MIT dan seorang profesor. kesusasteraan, yang menyampaikan anugerah itu. "Sebagai rakan sekerjanya, kami gembira untuk meraikan kerjayanya hari ini."
Pada bulan Januari, Hammond mula berkhidmat sebagai naib provost MIT untuk fakulti. Sebelum itu, beliau mempengerusikan Jabatan Kejuruteraan Kimia selama lapan tahun, dan beliau dinamakan Profesor Institut pada 2021.
Teknik yang serba boleh
Hammond, yang dibesarkan di Detroit, memuji ibu bapanya dengan menanamkan cinta sains. Bapanya adalah salah seorang daripada sangat sedikit PhD Hitam dalam biokimia pada masa itu, manakala ibunya memperoleh ijazah sarjana dalam kejururawatan dari Universiti Howard dan mengasaskan sekolah kejururawatan di Kolej Komuniti Wayne County. "Itu memberikan sejumlah besar peluang untuk wanita di kawasan Detroit, termasuk wanita berwarna," kata Hammond.
Selepas memperoleh ijazah sarjana muda dari MIT pada tahun 1984, Hammond bekerja sebagai seorang jurutera sebelum kembali ke Institut sebagai pelajar siswazah, memperoleh PhD pada tahun 1993. Selepas postdoc selama dua tahun di Universiti Harvard, dia kembali menyertai fakulti MIT pada tahun 1995 .
Di tengah-tengah penyelidikan Hammond ialah teknik yang dibangunkannya untuk mencipta filem nipis yang pada asasnya boleh "mengecilkan" zarah nano. Dengan menala komposisi kimia filem ini, zarah boleh disesuaikan untuk menghantar ubat atau asid nukleik dan untuk menyasarkan sel tertentu dalam badan, termasuk sel kanser.
Untuk membuat filem ini, Hammond bermula dengan melapiskan polimer bercas positif pada permukaan bercas negatif. Kemudian, lebih banyak lapisan boleh ditambah, berselang seli polimer bercas positif dan negatif. Setiap lapisan ini mungkin mengandungi ubat atau molekul lain yang berguna, seperti DNA atau RNA. Sesetengah filem ini mengandungi ratusan lapisan, yang lain hanya satu, menjadikannya berguna untuk pelbagai aplikasi.
“Apa yang menarik tentang proses lapisan demi lapisan ialah saya boleh memilih sekumpulan polimer terdegradasi yang biokompatibel dengan baik, dan saya boleh menggantikannya dengan bahan ubat kami. Ini bermakna saya boleh membina lapisan filem nipis yang mengandungi ubat berbeza pada titik berbeza dalam filem itu, "kata Hammond. “Kemudian, apabila filem itu merosot, ia boleh mengeluarkan ubat-ubatan itu dalam susunan terbalik. Ini membolehkan kami mencipta filem kompleks, pelbagai ubat, menggunakan teknik berasaskan air yang mudah."
Hammond menerangkan cara filem lapisan demi lapisan ini boleh digunakan untuk menggalakkan pertumbuhan tulang, dalam aplikasi yang boleh membantu orang yang dilahirkan dengan kecacatan tulang kongenital atau orang yang mengalami kecederaan traumatik.
Untuk kegunaan itu, makmalnya telah mencipta filem dengan lapisan dua protein. Salah satu daripada ini, BMP-2, ialah protein yang berinteraksi dengan sel stem dewasa dan mendorong mereka untuk membezakan ke dalam sel tulang, menghasilkan tulang baru. Yang kedua ialah faktor pertumbuhan yang dipanggil VEGF, yang merangsang pertumbuhan saluran darah baru yang membantu tulang untuk menjana semula. Lapisan ini digunakan pada perancah tisu yang sangat nipis yang boleh ditanam di tapak kecederaan.
Hammond dan pelajarnya mereka bentuk salutan supaya setelah ditanam, ia akan mengeluarkan VEGF lebih awal, lebih seminggu atau lebih, dan terus mengeluarkan BMP-2 sehingga 40 hari. Dalam kajian tikus, mereka mendapati bahawa perancah tisu ini merangsang pertumbuhan tulang baru yang hampir tidak dapat dibezakan daripada tulang semula jadi.
Mensasarkan kanser
Sebagai ahli Institut Penyelidikan Kanser Integratif Koch MIT, Hammond juga telah membangunkan salutan lapisan demi lapisan yang boleh meningkatkan prestasi zarah nano yang digunakan untuk penghantaran ubat kanser, seperti liposom atau zarah nano yang diperbuat daripada polimer yang dipanggil PLGA.
"Kami mempunyai rangkaian luas pembawa dadah yang boleh kami bungkus dengan cara ini. Saya menganggap mereka seperti gobstopper, di mana terdapat semua lapisan gula-gula yang berbeza dan mereka larut satu demi satu, "kata Hammond.
Menggunakan pendekatan ini, Hammond telah mencipta zarah yang boleh memberikan pukulan satu-dua kepada sel-sel kanser. Pertama, zarah melepaskan dos asid nukleik seperti RNA gangguan pendek (siRNA), yang boleh mematikan gen kanser, atau mikroRNA, yang boleh mengaktifkan gen penindas tumor. Kemudian, zarah-zarah itu mengeluarkan ubat kemoterapi seperti cisplatin, yang mana sel-selnya kini lebih terdedah.
Zarah-zarah itu juga termasuk "lapisan tersembunyi" luar bercas negatif yang melindungi mereka daripada dipecahkan dalam aliran darah sebelum mereka boleh mencapai sasaran mereka. Lapisan luar ini juga boleh diubah suai untuk membantu zarah diserap oleh sel-sel kanser, dengan menggabungkan molekul yang mengikat protein yang banyak terdapat pada sel tumor.
Dalam kerja yang lebih baru, Hammond telah mula membangunkan nanopartikel yang boleh menyasarkan kanser ovari dan membantu mencegah penyakit berulang selepas kemoterapi. Dalam kira-kira 70 peratus pesakit kanser ovari, pusingan pertama rawatan adalah sangat berkesan, tetapi tumor berulang dalam kira-kira 85 peratus daripada kes tersebut, dan tumor baru ini biasanya sangat tahan terhadap ubat.
Dengan mengubah jenis salutan yang digunakan pada nanozarah penghantar dadah, Hammond telah mendapati bahawa zarah itu boleh direka bentuk sama ada untuk masuk ke dalam sel tumor atau melekat pada permukaannya. Menggunakan zarah yang melekat pada sel, dia telah mereka bentuk rawatan yang boleh membantu untuk memulakan tindak balas imun pesakit terhadap sebarang sel tumor yang berulang.
"Dengan kanser ovari, sangat sedikit sel imun yang wujud dalam ruang itu, dan kerana mereka tidak mempunyai banyak sel imun, sangat sukar untuk meningkatkan tindak balas imun," katanya. "Namun, jika kita boleh menghantar molekul ke sel jiran, beberapa yang hadir, dan menghidupkannya semula, maka kita mungkin boleh melakukan sesuatu."
Untuk itu, dia mereka bentuk nanopartikel yang menyampaikan IL-12, sitokin yang merangsang sel T berdekatan untuk bertindak dan mula menyerang sel tumor. Dalam kajian tikus, dia mendapati bahawa rawatan ini mendorong tindak balas sel T memori jangka panjang yang menghalang kanser ovari berulang.
Hammond menutup syarahannya dengan menerangkan kesan Institut terhadapnya sepanjang kerjayanya.
“Ia merupakan satu pengalaman yang transformatif,” katanya. “Saya benar-benar menganggap tempat ini istimewa kerana ia menyatukan orang ramai dan membolehkan kami melakukan perkara bersama yang tidak dapat kami lakukan bersendirian. Dan sokongan yang kami perolehi daripada rakan-rakan kami, rakan sekerja kami, dan pelajar kami yang benar-benar membolehkan perkara itu berlaku.”
Ditulis oleh Anne Trafton
sumber: Institut Teknologi Massachusetts
