Da Paula Hammond først ankom MITs campus som førsteårsstudent på begynnelsen av 1980-tallet, var hun ikke sikker på om hun hørte til. Faktisk, som hun fortalte et MIT-publikum, følte hun seg som «en bedrager».
MIT Institute Professor Paula Hammond, en verdenskjent kjemiingeniør som har tilbrakt mesteparten av sin akademiske karriere ved MIT, holdt 2023-24 James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award-forelesningen. Bildekreditt: Jake Belcher
Den følelsen varte imidlertid ikke lenge, da Hammond begynte å finne støtte blant medstudentene og MITs fakultet. "Fellesskapet var veldig viktig for meg, å føle at jeg hørte til, å føle at jeg hadde en plass her, og jeg fant folk som var villige til å omfavne meg og støtte meg," sa hun.
Hammond, en verdenskjent kjemiingeniør som har tilbrakt mesteparten av sin akademiske karriere ved MIT, kom med sine bemerkninger under forelesningen for James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award 2023-24.
Killian Award ble opprettet i 1971 for å hedre MITs 10. president, James Killian, og anerkjenner ekstraordinære profesjonelle prestasjoner av et MIT-fakultetsmedlem. Hammond ble valgt til årets pris "ikke bare for hennes enorme profesjonelle prestasjoner og bidrag, men også for hennes ekte varme og medmenneskelighet, hennes omtenksomhet og effektive lederskap, og hennes empati og etikk," ifølge prisen.
“Professor Hammond er en pioner innen nanoteknologiforskning. Med et program som strekker seg fra grunnleggende vitenskap til translasjonsforskning innen medisin og energi, har hun introdusert nye tilnærminger for design og utvikling av komplekse legemiddelleveringssystemer for kreftbehandling og ikke-invasiv bildebehandling, sier Mary Fuller, leder ved MITs fakultet og professor. litteratur, som delte ut prisen. "Som hennes kolleger er vi glade for å feire hennes karriere i dag."
I januar begynte Hammond å tjene som MITs viseprovost for fakultetet. Før det ledet hun Institutt for kjemiteknikk i åtte år, og hun ble utnevnt til instituttprofessor i 2021.
En allsidig teknikk
Hammond, som vokste opp i Detroit, gir foreldrene æren for å ha innpodet en kjærlighet til vitenskap. Faren hennes var en av svært få svarte doktorgradsstudenter i biokjemi på den tiden, mens moren tok en mastergrad i sykepleie fra Howard University og grunnla sykepleierskolen ved Wayne County Community College. "Det ga en enorm mengde muligheter for kvinner i Detroit-området, inkludert fargede kvinner," bemerket Hammond.
Etter å ha oppnådd sin bachelorgrad fra MIT i 1984, jobbet Hammond som ingeniør før hun returnerte til instituttet som doktorgradsstudent, og tok doktorgraden sin i 1993. Etter en toårig postdoktor ved Harvard University kom hun tilbake for å bli med på MIT-fakultetet i 1995 .
I hjertet av Hammonds forskning er en teknikk hun utviklet for å lage tynne filmer som i hovedsak kan "krympe-pakke" nanopartikler. Ved å justere den kjemiske sammensetningen av disse filmene, kan partiklene tilpasses til å levere medikamenter eller nukleinsyrer og målrette mot spesifikke celler i kroppen, inkludert kreftceller.
For å lage disse filmene begynner Hammond med å legge positivt ladede polymerer på en negativt ladet overflate. Deretter kan flere lag legges til, alternerende positivt og negativt ladede polymerer. Hvert av disse lagene kan inneholde medikamenter eller andre nyttige molekyler, slik som DNA eller RNA. Noen av disse filmene inneholder hundrevis av lag, andre bare ett, noe som gjør dem nyttige for et bredt spekter av bruksområder.
"Det som er fint med lag-for-lag-prosessen er at jeg kan velge en gruppe nedbrytbare polymerer som er godt biokompatible, og jeg kan veksle dem med legemiddelmaterialene våre. Dette betyr at jeg kan bygge opp tynne filmlag som inneholder forskjellige stoffer på forskjellige punkter i filmen, sa Hammond. "Så, når filmen degraderes, kan den frigjøre disse stoffene i omvendt rekkefølge. Dette gjør oss i stand til å lage komplekse, multimedikamentfilmer, ved å bruke en enkel vannbasert teknikk."
Hammond beskrev hvordan disse lag-for-lag-filmene kan brukes til å fremme beinvekst, i en applikasjon som kan hjelpe mennesker født med medfødte beindefekter eller personer som opplever traumatiske skader.
For den bruken har laboratoriet hennes laget filmer med lag med to proteiner. En av disse, BMP-2, er et protein som interagerer med voksne stamceller og induserer dem til å differensiere til beinceller, og genererer nytt bein. Den andre er en vekstfaktor kalt VEGF, som stimulerer veksten av nye blodårer som hjelper bein å regenerere. Disse lagene påføres et veldig tynt vevsstillas som kan implanteres på skadestedet.
Hammond og elevene hennes designet belegget slik at når det først ble implantert, ville det frigjøre VEGF tidlig, over en uke eller så, og fortsette å frigjøre BMP-2 i opptil 40 dager. I en studie av mus fant de at dette vevsstillaset stimulerte veksten av nytt bein som var nesten umulig å skille fra naturlig bein.
Målrett mot kreft
Som medlem av MITs Koch Institute for Integrative Cancer Research, har Hammond også utviklet lag-for-lag-belegg som kan forbedre ytelsen til nanopartikler som brukes til kreftlegemiddellevering, for eksempel liposomer eller nanopartikler laget av en polymer kalt PLGA.
«Vi har et bredt spekter av narkotikabærere som vi kan pakke inn på denne måten. Jeg tenker på dem som en gobstopper, der det er alle de forskjellige lagene med godteri og de løses opp ett om gangen, sa Hammond.
Ved å bruke denne tilnærmingen har Hammond laget partikler som kan gi en-to-slag til kreftceller. For det første frigjør partiklene en dose av en nukleinsyre som kort interfererende RNA (siRNA), som kan slå av et kreftgen, eller mikroRNA, som kan aktivere tumorsuppressorgener. Deretter frigjør partiklene et kjemoterapimedikament som cisplatin, som cellene nå er mer sårbare for.
Partiklene inkluderer også et negativt ladet ytre "stealth-lag" som beskytter dem mot å bli brutt ned i blodet før de kan nå målene sine. Dette ytre laget kan også modifiseres for å hjelpe partiklene til å bli tatt opp av kreftceller, ved å inkorporere molekyler som binder seg til proteiner som er rikelig på tumorceller.
I nyere arbeid har Hammond begynt å utvikle nanopartikler som kan målrettes mot eggstokkreft og bidra til å forhindre tilbakefall av sykdommen etter kjemoterapi. Hos omtrent 70 prosent av eggstokkreftpasientene er den første behandlingsrunden svært effektiv, men svulster kommer tilbake i omtrent 85 prosent av disse tilfellene, og disse nye svulstene er vanligvis svært resistente mot medikamenter.
Ved å endre typen belegg som påføres medikamentleverende nanopartikler, har Hammond funnet ut at partiklene kan utformes for enten å komme inn i tumorceller eller holde seg til overflatene deres. Ved å bruke partikler som fester seg til cellene, har hun utviklet en behandling som kan bidra til å sette i gang en pasients immunrespons mot tilbakevendende tumorceller.
"Med eggstokkreft eksisterer det svært få immunceller i det rommet, og fordi de ikke har mange immunceller tilstede, er det veldig vanskelig å øke immunresponsen," sa hun. "Men hvis vi kan levere et molekyl til naboceller, de få som er tilstede, og få dem til å bli friske opp, så kan vi kanskje gjøre noe."
For det formål designet hun nanopartikler som leverer IL-12, et cytokin som stimulerer nærliggende T-celler til å springe i gang og begynne å angripe tumorceller. I en studie av mus fant hun at denne behandlingen induserte en langtidshukommelse T-cellerespons som forhindret tilbakefall av eggstokkreft.
Hammond avsluttet forelesningen med å beskrive virkningen instituttet har hatt på henne gjennom hele karrieren.
"Det har vært en transformerende opplevelse," sa hun. "Jeg tenker virkelig på dette stedet som spesielt fordi det bringer mennesker sammen og gjør det mulig for oss å gjøre ting sammen som vi ikke kunne gjort alene. Og det er den støtten vi får fra vennene våre, kollegene våre og studentene våre som virkelig gjør ting mulig.»
Skrevet av Anne Trafton
