Keď Paula Hammond prvýkrát prišla do areálu MIT ako študentka prvého ročníka začiatkom osemdesiatych rokov, nebola si istá, či sem patrí. V skutočnosti, ako povedala publiku MIT, cítila sa ako „podvodník“.
Profesorka inštitútu MIT Paula Hammondová, svetovo uznávaná chemická inžinierka, ktorá väčšinu svojej akademickej kariéry strávila na MIT, predniesla v rokoch 2023-24 prednášku James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award. Obrazový kredit: Jake Belcher
Tento pocit však netrval dlho, pretože Hammond začala nachádzať podporu medzi svojimi spolužiakmi a fakultou MIT. „Komunita bola pre mňa naozaj dôležitá, aby som cítila, že sem patrím, že tu mám miesto a našla som ľudí, ktorí ma boli ochotní objať a podporiť,“ povedala.
Hammond, svetovo uznávaná chemická inžinierka, ktorá väčšinu svojej akademickej kariéry strávila na MIT, predniesla svoje poznámky počas prednášky James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award v rokoch 2023-24.
Cena Killian Award bola založená v roku 1971 na počesť 10. prezidenta MIT Jamesa Killiana a oceňuje mimoriadne profesionálne úspechy člena fakulty MIT. Hammond bola vybraná na tohtoročné ocenenie „nielen pre jej obrovské profesionálne úspechy a prínos, ale aj pre jej skutočnú vrúcnosť a ľudskosť, jej ohľaduplnosť a efektívne vedenie a jej empatiu a etiku,“ uvádza sa v citácii ocenenia.
„Profesor Hammond je priekopníkom vo výskume nanotechnológií. S programom, ktorý siaha od základnej vedy až po translačný výskum v medicíne a energetike, zaviedla nové prístupy k návrhu a vývoju komplexných systémov podávania liekov na liečbu rakoviny a neinvazívne zobrazovanie,“ povedala Mary Fuller, predsedníčka fakulty a profesorka MIT. literatúry, ktorý cenu odovzdal. "Ako jej kolegovia sme radi, že dnes môžeme osláviť jej kariéru."
V januári začal Hammond pôsobiť ako vicepropošt MIT pre fakultu. Predtým osem rokov predsedala Katedre chemického inžinierstva a v roku 2021 bola vymenovaná za profesorku ústavu.
Všestranná technika
Hammond, ktorá vyrastala v Detroite, pripisuje svojim rodičom zásluhy za to, že v nej vzbudili lásku k vede. Jej otec bol v tom čase jedným z mála černošských doktorandov v biochémii, zatiaľ čo jej matka získala magisterský titul v odbore ošetrovateľstvo na Howard University a založila školu ošetrovateľstva na Wayne County Community College. "To poskytlo obrovské množstvo príležitostí pre ženy v oblasti Detroitu, vrátane žien inej farby pleti," poznamenal Hammond.
Po získaní bakalárskeho titulu na MIT v roku 1984 pracovala Hammond ako inžinierka a potom sa vrátila na Inštitút ako postgraduálna študentka a v roku 1993 získala titul PhD. Po dvojročnom postdoktorandskom štúdiu na Harvardskej univerzite sa v roku 1995 vrátila na fakultu MIT. .
Jadrom Hammondovho výskumu je technika, ktorú vyvinula na vytváranie tenkých filmov, ktoré dokážu v podstate „zmršťovať“ nanočastice. Vyladením chemického zloženia týchto filmov môžu byť častice prispôsobené na dodávanie liekov alebo nukleových kyselín a na zacielenie na špecifické bunky v tele, vrátane rakovinových buniek.
Na výrobu týchto filmov Hammond začína vrstvením kladne nabitých polymérov na záporne nabitý povrch. Potom je možné pridať ďalšie vrstvy, striedajúc kladne a záporne nabité polyméry. Každá z týchto vrstiev môže obsahovať liečivá alebo iné užitočné molekuly, ako napríklad DNA alebo RNA. Niektoré z týchto fólií obsahujú stovky vrstiev, iné len jednu, vďaka čomu sú užitočné pre širokú škálu aplikácií.
„Čo je pekné na procese po vrstvách, je, že si môžem vybrať skupinu degradovateľných polymérov, ktoré sú pekne biokompatibilné, a môžem ich striedať s našimi liečivými materiálmi. To znamená, že môžem vytvoriť tenké vrstvy, ktoré obsahujú rôzne liečivá na rôznych miestach filmu,“ povedal Hammond. "Potom, keď sa film degraduje, môže uvoľniť tieto lieky v opačnom poradí. To nám umožňuje vytvárať zložité filmy s viacerými liekmi pomocou jednoduchej techniky na vodnej báze.“
Hammond opísal, ako môžu byť tieto vrstvy po vrstve použité na podporu rastu kostí, v aplikácii, ktorá by mohla pomôcť ľuďom narodeným s vrodenými kostnými defektmi alebo ľuďom, ktorí zažili traumatické zranenia.
Na tento účel jej laboratórium vytvorilo filmy s vrstvami dvoch proteínov. Jeden z nich, BMP-2, je proteín, ktorý interaguje s dospelými kmeňovými bunkami a indukuje ich diferenciáciu na kostné bunky, čím vzniká nová kosť. Druhým je rastový faktor nazývaný VEGF, ktorý stimuluje rast nových krvných ciev, ktoré pomáhajú kosti regenerovať. Tieto vrstvy sa aplikujú na veľmi tenké tkanivové lešenie, ktoré možno implantovať do miesta poranenia.
Hammond a jej študenti navrhli povlak tak, aby po implantácii uvoľnil VEGF skoro, viac ako týždeň, a pokračoval v uvoľňovaní BMP-2 až 40 dní. V štúdii na myšiach zistili, že toto tkanivové lešenie stimulovalo rast nová kosť ktorá bola takmer na nerozoznanie od prirodzenej kosti.
Zameranie na rakovinu
Ako člen Kochovho inštitútu MIT pre integrovaný výskum rakoviny Hammond tiež vyvinul povlaky po vrstvách, ktoré môžu zlepšiť výkon nanočastíc používaných na dodávanie liekov proti rakovine, ako sú lipozómy alebo nanočastice vyrobené z polyméru nazývaného PLGA.
„Máme širokú škálu nosičov liekov, ktoré môžeme takto zabaliť. Myslím na ne ako na hlt, kde sú všetky tie rôzne vrstvy cukríkov a rozpúšťajú sa jedna po druhej,“ povedal Hammond.
Pomocou tohto prístupu vytvoril Hammond častice, ktoré môžu do rakovinových buniek doručiť jeden až dva údery. Po prvé, častice uvoľnia dávku nukleovej kyseliny, ako je napríklad krátka interferujúca RNA (siRNA), ktorá môže vypnúť rakovinový gén, alebo mikroRNA, ktorá môže aktivovať tumor supresorové gény. Potom častice uvoľňujú chemoterapeutický liek, ako je cisplatina, na ktorú sú teraz bunky zraniteľnejšie.
Častice tiež obsahujú negatívne nabitú vonkajšiu „skrytú vrstvu“, ktorá ich chráni pred rozpadom v krvnom riečisku skôr, ako dosiahnu svoje ciele. Táto vonkajšia vrstva môže byť tiež modifikovaná, aby pomohla časticiam absorbovať rakovinové bunky, a to začlenením molekúl, ktoré sa viažu na proteíny, ktoré sú bohaté na nádorové bunky.
V novšej práci Hammond začal vyvíjať nanočastice, ktoré môžu byť zamerané na rakovinu vaječníkov a pomáhajú predchádzať recidíve choroby po chemoterapii. U približne 70 percent pacientov s rakovinou vaječníkov je prvé kolo liečby vysoko účinné, ale nádory sa opakujú v približne 85 percentách týchto prípadov a tieto nové nádory sú zvyčajne vysoko odolné voči liekom.
Zmenou typu povlaku aplikovaného na nanočastice dodávajúce liečivo Hammond zistil, že častice môžu byť navrhnuté tak, aby sa buď dostali do nádorových buniek, alebo sa prilepili na ich povrchy. Pomocou častíc, ktoré sa prilepia na bunky, navrhla liečbu, ktorá by mohla pomôcť naštartovať imunitnú odpoveď pacienta na akékoľvek recidivujúce nádorové bunky.
"Pri rakovine vaječníkov existuje v tomto priestore veľmi málo imunitných buniek, a pretože nemajú prítomných veľa imunitných buniek, je veľmi ťažké oživiť imunitnú odpoveď," povedala. "Ak však dokážeme dodať molekulu susedným bunkám, tým niekoľkým prítomným, a naštartovať ich, potom by sme mohli niečo urobiť."
Na tento účel navrhla nanočastice, ktoré dodávajú IL-12, cytokín, ktorý stimuluje blízke T bunky, aby začali pôsobiť a začali napádať nádorové bunky. V štúdii na myšiach zistila, že táto liečba vyvolala dlhodobú pamäťovú T-bunkovú odpoveď, ktorá zabránila opätovnému výskytu rakoviny vaječníkov.
Hammond uzavrela svoju prednášku opisom vplyvu, ktorý na ňu mal inštitút počas celej jej kariéry.
"Bola to transformačná skúsenosť," povedala. „Naozaj považujem toto miesto za výnimočné, pretože spája ľudí a umožňuje nám robiť spolu veci, ktoré by sme sami nedokázali. A práve podpora, ktorú dostávame od našich priateľov, kolegov a našich študentov, skutočne umožňuje veci.“
Napísala Anne Trafton
