Когда Паула Хаммонд впервые приехала в кампус Массачусетского технологического института в качестве студентки первого курса в начале 1980-х годов, она не была уверена, принадлежит ли она этому кампусу. На самом деле, как она рассказала аудитории Массачусетского технологического института, она чувствовала себя «самозванкой».
Профессор Института Массачусетского технологического института Паула Хаммонд, всемирно известный инженер-химик, проведшая большую часть своей академической карьеры в Массачусетском технологическом институте, прочитала лекцию Джеймса Р. Киллиана-младшего в 2023–24 годах. Изображение предоставлено: Джейк Белчер
Однако это чувство длилось недолго, поскольку Хаммонд начала находить поддержку среди своих сокурсников и преподавателей Массачусетского технологического института. «Сообщество было для меня действительно важно, чувствовать свою принадлежность, чувствовать, что у меня есть место здесь, и я нашла людей, которые были готовы обнять меня и поддержать», - сказала она.
Хаммонд, всемирно известный инженер-химик, проведшая большую часть своей академической карьеры в Массачусетском технологическом институте, сделала свое заявление во время лекции Джеймса Р. Киллиана-младшего в 2023–24 годах.
Премия Киллиана, учрежденная в 1971 году в честь 10-го президента Массачусетского технологического института Джеймса Киллиана, отмечает выдающиеся профессиональные достижения преподавателя Массачусетского технологического института. Хаммонд была выбрана для получения награды в этом году «не только за ее огромные профессиональные достижения и вклад, но также за ее искреннюю теплоту и человечность, ее внимательность и эффективное лидерство, а также ее сочувствие и этику», согласно цитате из награды.
«Профессор Хаммонд — пионер исследований в области нанотехнологий. Благодаря программе, которая простирается от фундаментальной науки до трансляционных исследований в области медицины и энергетики, она представила новые подходы к проектированию и разработке сложных систем доставки лекарств для лечения рака и неинвазивной визуализации», — сказала Мэри Фуллер, заведующий кафедрой Массачусетского технологического института и профессор. литературы, вручивший награду. «Как ее коллеги, мы рады сегодня отметить ее карьеру».
В январе Хаммонд начал работать вице-проректором факультета Массачусетского технологического института. До этого она восемь лет возглавляла кафедру химического машиностроения, а в 2021 году ей было присвоено звание профессора института.
Универсальная техника
Хаммонд, выросшая в Детройте, считает, что ее родители привили ей любовь к науке. Ее отец был одним из очень немногих чернокожих докторов наук по биохимии в то время, а ее мать получила степень магистра медсестер в Университете Говарда и основала школу медсестер в муниципальном колледже округа Уэйн. «Это предоставило огромные возможности женщинам в районе Детройта, в том числе цветным женщинам», - отметил Хаммонд.
Получив степень бакалавра в Массачусетском технологическом институте в 1984 году, Хаммонд работала инженером, а затем вернулась в институт в качестве аспиранта и получила докторскую степень в 1993 году. После двухлетнего постдока в Гарвардском университете она вернулась, чтобы поступить на факультет Массачусетского технологического института в 1995 году. .
В основе исследований Хаммонд лежит разработанная ею методика создания тонких пленок, которые могут по существу «обертывать» наночастицы. Настраивая химический состав этих пленок, частицы можно настроить для доставки лекарств или нуклеиновых кислот и воздействия на определенные клетки организма, включая раковые клетки.
Чтобы создать эти пленки, Хаммонд начинает с наслаивания положительно заряженных полимеров на отрицательно заряженную поверхность. Затем можно добавить больше слоев, чередуя положительно и отрицательно заряженные полимеры. Каждый из этих слоев может содержать лекарства или другие полезные молекулы, такие как ДНК или РНК. Некоторые из этих пленок содержат сотни слоев, другие — только один, что делает их полезными для широкого спектра применений.
«Что хорошо в послойном процессе, так это то, что я могу выбрать группу разлагаемых полимеров, которые хорошо биосовместимы, и чередовать их с нашими лекарственными материалами. Это означает, что я могу создавать тонкие слои пленки, содержащие разные лекарства в разных точках пленки», — сказал Хаммонд. «Затем, когда пленка деградирует, она может высвободить эти лекарства в обратном порядке. Это позволяет нам создавать сложные фильмы о нескольких лекарствах, используя простую технику на водной основе».
Хаммонд описал, как эти послойные пленки можно использовать для стимулирования роста костей, чтобы помочь людям, родившимся с врожденными дефектами костей, или людям, перенесшим травматические повреждения.
Для этого ее лаборатория создала пленки со слоями из двух белков. Один из них, BMP-2, представляет собой белок, который взаимодействует со взрослыми стволовыми клетками и побуждает их дифференцироваться в костные клетки, образуя новую кость. Второй — фактор роста, называемый VEGF, который стимулирует рост новых кровеносных сосудов, которые помогают костям восстанавливаться. Эти слои наносятся на очень тонкий тканевый каркас, который можно имплантировать в место травмы.
Хаммонд и ее ученики разработали покрытие таким образом, что после имплантации оно высвобождало VEGF раньше, в течение недели или около того, и продолжало высвобождать BMP-2 до 40 дней. В исследовании на мышах они обнаружили, что этот тканевый каркас стимулирует рост новая кость это было почти неотличимо от натуральной кости.
Борьба с раком
Будучи сотрудником Института интегративных исследований рака Коха Массачусетского технологического института, Хаммонд также разработал послойные покрытия, которые могут улучшить характеристики наночастиц, используемых для доставки противораковых лекарств, таких как липосомы или наночастицы, изготовленные из полимера под названием PLGA.
«У нас есть широкий спектр носителей наркотиков, которые мы можем упаковать таким образом. Я думаю о них как о леденце, где есть все эти разные слои конфет, и они растворяются один за другим», — сказал Хаммонд.
Используя этот подход, Хаммонд создал частицы, которые могут нанести двойной удар по раковым клеткам. Во-первых, частицы высвобождают дозу нуклеиновой кислоты, такой как короткая интерферирующая РНК (миРНК), которая может отключить раковый ген, или микроРНК, которая может активировать гены-супрессоры опухоли. Затем частицы высвобождают химиотерапевтический препарат, такой как цисплатин, к которому клетки теперь более уязвимы.
Частицы также содержат отрицательно заряженный внешний «скрытый слой», который защищает их от разрушения в кровотоке, прежде чем они смогут достичь своей цели. Этот внешний слой также можно модифицировать, чтобы помочь частицам поглощаться раковыми клетками, путем включения молекул, которые связываются с белками, которых много в опухолевых клетках.
В своей более поздней работе Хаммонд начал разработку наночастиц, которые могут воздействовать на рак яичников и помочь предотвратить рецидив заболевания после химиотерапии. Примерно у 70 процентов больных раком яичников первый курс лечения очень эффективен, но примерно в 85 процентах случаев опухоли рецидивируют, и эти новые опухоли обычно обладают высокой лекарственной устойчивостью.
Изменив тип покрытия, наносимого на наночастицы, доставляющие лекарства, Хаммонд обнаружил, что частицы можно спроектировать так, чтобы они либо проникали внутрь опухолевых клеток, либо прилипали к их поверхности. Используя частицы, прилипающие к клеткам, она разработала метод лечения, который может помочь запустить иммунный ответ пациента на любые рецидивирующие опухолевые клетки.
«При раке яичников в этом пространстве существует очень мало иммунных клеток, а поскольку иммунных клеток не так много, очень сложно активизировать иммунный ответ», — сказала она. «Однако, если мы сможем доставить молекулу в соседние клетки, те немногие, которые присутствуют, и заставить их активизироваться, тогда мы сможем что-то сделать».
С этой целью она разработала наночастицы, которые доставляют IL-12, цитокин, который стимулирует близлежащие Т-клетки активизироваться и начать атаковать опухолевые клетки. В исследовании на мышах она обнаружила, что это лечение вызывает реакцию Т-клеток долговременной памяти, которая предотвращает рецидив рака яичников.
Хаммонд завершила свою лекцию рассказом о влиянии, которое Институт оказывал на нее на протяжении всей ее карьеры.
«Это был преобразующий опыт», - сказала она. «Я действительно считаю это место особенным, потому что оно объединяет людей и позволяет нам делать вместе то, что мы не могли бы сделать в одиночку. И именно поддержка, которую мы получаем от наших друзей, наших коллег и наших студентов, действительно делает все возможным».
Автор Энн Трафтон
Источник: Массачусетский технологический институт
