Kiedy Paula Hammond po raz pierwszy pojawiła się na kampusie MIT jako studentka pierwszego roku na początku lat 1980., nie była pewna, czy tu pasuje. W rzeczywistości, jak powiedziała publiczności w MIT, czuła się jak „oszustka”.
Profesor Instytutu MIT Paula Hammond, światowej sławy inżynier chemik, która większość swojej kariery akademickiej spędziła w MIT, wygłosiła wykład z nagrodą Jamesa R. Killiana Jr. Faculty Achievement Award za lata 2023–24. Źródło obrazu: Jake Belcher
Jednak to uczucie nie trwało długo, ponieważ Hammond zaczął znajdować wsparcie wśród swoich kolegów i wykładowców MIT. „Społeczność była dla mnie naprawdę ważna. Poczułam, że przynależę, że mam tu swoje miejsce i znalazłam ludzi, którzy chcieli mnie objąć i wesprzeć” – powiedziała.
Hammond, światowej sławy inżynier chemik, która większość swojej kariery akademickiej spędziła na MIT, przedstawiła swoje uwagi podczas wykładu Jamesa R. Killiana Jr. Faculty Achievement Award w latach 2023–24.
Nagroda Killian Award, ustanowiona w 1971 roku dla uhonorowania 10. prezydenta MIT, Jamesa Killiana, przyznawana jest za niezwykłe osiągnięcia zawodowe członka wydziału MIT. Hammond została wybrana do tegorocznej nagrody „nie tylko ze względu na jej ogromne osiągnięcia zawodowe i wkład, ale także ze względu na jej prawdziwe ciepło i człowieczeństwo, jej troskliwość i skuteczne przywództwo, a także empatię i etykę” – czytamy w uzasadnieniu nagrody.
„Profesor Hammond jest pionierem w badaniach nanotechnologii. Dzięki programowi rozciągającemu się od nauk podstawowych po badania translacyjne w medycynie i energetyce wprowadziła nowe podejście do projektowania i rozwoju złożonych systemów dostarczania leków do leczenia raka i nieinwazyjnego obrazowania” – powiedziała Mary Fuller, kierownik wydziału MIT i profesor literatury, który wręczył nagrodę. „Jako jej współpracownicy z radością świętujemy dziś jej karierę”.
W styczniu Hammond zaczął pełnić funkcję prorektora ds. wydziału MIT. Wcześniej przez osiem lat kierowała Katedrą Inżynierii Chemicznej, a w 2021 roku otrzymała tytuł profesora Instytutu.
Wszechstronna technika
Hammond, która dorastała w Detroit, przypisuje swoim rodzicom zaszczepienie miłości do nauki. Jej ojciec był wówczas jednym z nielicznych czarnych doktorów biochemii, a jej matka uzyskała tytuł magistra pielęgniarstwa na Uniwersytecie Howarda i założyła szkołę pielęgniarską w Wayne County Community College. „To zapewniło ogromne możliwości kobietom z okolic Detroit, w tym kobietom kolorowym” – zauważyła Hammond.
Po uzyskaniu tytułu licencjata na MIT w 1984 r. Hammond pracowała jako inżynier, po czym wróciła do Instytutu jako absolwentka i uzyskała stopień doktora w 1993 r. Po dwuletnim odbyciu stażu podoktorskiego na Uniwersytecie Harvarda wróciła w 1995 r. na wydział MIT. .
Podstawą badań Hammonda jest opracowana przez nią technika tworzenia cienkich warstw, które w zasadzie mogą „owinąć termokurczliwie” nanocząstki. Dostrajając skład chemiczny tych filmów, cząstki można dostosować tak, aby dostarczały leki lub kwasy nukleinowe i atakowały określone komórki w organizmie, w tym komórki nowotworowe.
Aby wytworzyć te filmy, Hammond zaczyna od nałożenia dodatnio naładowanych polimerów na ujemnie naładowaną powierzchnię. Następnie można dodać więcej warstw, naprzemiennie dodatnio i ujemnie naładowanych polimerów. Każda z tych warstw może zawierać leki lub inne przydatne cząsteczki, takie jak DNA lub RNA. Niektóre z tych folii składają się z setek warstw, inne tylko z jednej, co czyni je przydatnymi w szerokim zakresie zastosowań.
„Fajne w procesie warstwa po warstwie jest to, że mogę wybrać grupę degradowalnych polimerów, które są dobrze biokompatybilne, i mogę je zamieniać z naszymi materiałami leczniczymi. Oznacza to, że mogę tworzyć cienkie warstwy zawierające różne leki w różnych miejscach filmu” – powiedział Hammond. „Następnie, gdy folia ulegnie degradacji, może uwolnić leki w odwrotnej kolejności. Dzięki temu możemy tworzyć złożone, wielolekowe błony przy użyciu prostej techniki na bazie wody”.
Hammond opisał, w jaki sposób te warstwy warstwowe można wykorzystać do wspomagania wzrostu kości, co może pomóc osobom urodzonym z wrodzonymi wadami kości lub osobom, które doznały urazów.
W tym celu jej laboratorium stworzyło filmy z warstwami dwóch białek. Jedno z nich, BMP-2, to białko, które oddziałuje z dorosłymi komórkami macierzystymi i indukuje ich różnicowanie w komórki kostne, tworząc nową kość. Drugi to czynnik wzrostu zwany VEGF, który stymuluje wzrost nowych naczyń krwionośnych, które pomagają w regeneracji kości. Warstwy te nakłada się na bardzo cienkie rusztowanie tkankowe, które można wszczepić w miejscu urazu.
Hammond i jej uczniowie zaprojektowali powłokę w taki sposób, aby po wszczepieniu uwalniała VEGF wcześnie, około tygodnia, i kontynuowała uwalnianie BMP-2 przez okres do 40 dni. W badaniu na myszach odkryli, że to rusztowanie tkankowe stymuluje wzrost nowa kość która była prawie nie do odróżnienia od naturalnej kości.
Celowanie w raka
Jako członek Instytutu Koch Institute for Integrative Cancer Research przy MIT Hammond opracował także powłoki warstwa po warstwie, które mogą poprawić działanie nanocząstek stosowanych do dostarczania leków przeciwnowotworowych, takich jak liposomy lub nanocząstki wykonane z polimeru zwanego PLGA.
„Mamy szeroką gamę nośników leków, które możemy opakować w ten sposób. Myślę o nich jak o zastawce, w której znajdują się różne warstwy cukierków, które rozpuszczają się jedna po drugiej” – powiedział Hammond.
Stosując to podejście, Hammond stworzył cząstki, które mogą zadać podwójne cios komórkom nowotworowym. Po pierwsze, cząstki uwalniają dawkę kwasu nukleinowego, takiego jak krótki interferujący RNA (siRNA), który może wyłączyć gen nowotworowy, lub mikroRNA, który może aktywować geny supresorowe nowotworu. Następnie cząsteczki uwalniają lek chemioterapeutyczny, taki jak cisplatyna, na który komórki są teraz bardziej podatne.
Cząstki zawierają również ujemnie naładowaną zewnętrzną „warstwę ukrytą”, która chroni je przed rozkładem w krwiobiegu, zanim dotrą do celu. Tę zewnętrzną warstwę można również zmodyfikować, aby ułatwić wchłanianie cząstek przez komórki nowotworowe, poprzez włączenie cząsteczek wiążących się z białkami, które występują obficie w komórkach nowotworowych.
W nowszych pracach Hammond rozpoczął opracowywanie nanocząstek, które mogą działać na raka jajnika i zapobiegać nawrotom choroby po chemioterapii. U około 70 procent pacjentek z rakiem jajnika pierwsza runda leczenia jest bardzo skuteczna, ale w około 85 procentach przypadków guzy nawracają, a nowe nowotwory są zwykle wysoce lekooporne.
Zmieniając rodzaj powłoki nakładanej na nanocząstki dostarczające leki, Hammond odkrył, że cząstki można zaprojektować tak, aby albo dostawały się do komórek nowotworowych, albo przyklejały się do ich powierzchni. Wykorzystując cząsteczki przyklejające się do komórek, opracowała terapię, która może pomóc w pobudzeniu odpowiedzi immunologicznej pacjenta na nawracające komórki nowotworowe.
„W przypadku raka jajnika w tej przestrzeni występuje bardzo niewiele komórek odpornościowych, a ponieważ nie ma ich zbyt wiele, bardzo trudno jest przyspieszyć odpowiedź immunologiczną” – powiedziała. „Jeśli jednak uda nam się dostarczyć cząsteczkę do sąsiednich komórek, tych nielicznych, które są obecne, i pobudzić je do działania, być może będziemy w stanie coś zrobić”.
W tym celu zaprojektowała nanocząstki dostarczające IL-12, cytokinę, która stymuluje pobliskie komórki T do działania i rozpoczęcia atakowania komórek nowotworowych. W badaniu na myszach odkryła, że leczenie to indukowało odpowiedź komórek T pamięci długotrwałej, która zapobiegała nawrotom raka jajnika.
Hammond zakończyła swój wykład opisując wpływ, jaki Instytut wywarł na nią przez całą jej karierę.
„To było przemieniające doświadczenie” – powiedziała. „Naprawdę uważam to miejsce za wyjątkowe, ponieważ łączy ludzi i pozwala nam robić razem rzeczy, których nie moglibyśmy zrobić sami. I to dzięki wsparciu, które otrzymujemy od naszych przyjaciół, kolegów i uczniów, wszystko jest naprawdę możliwe”.
Napisane przez Anne Trafton
