Ko je Paula Hammond v zgodnjih osemdesetih prvič prispela v kampus MIT kot študentka prvega letnika, ni bila prepričana, ali spada. Pravzaprav, kot je povedala občinstvu MIT, se je počutila kot "slepar".
Profesorica z inštituta MIT Paula Hammond, svetovno znana kemijska inženirka, ki je večino svoje akademske kariere preživela na MIT, je predavala na podelitvi nagrade za fakultetne dosežke Jamesa R. Killian Jr. 2023–24. Avtor slike: Jake Belcher
Vendar ta občutek ni trajal dolgo, saj je Hammondova začela iskati podporo med svojimi kolegi študenti in fakulteto MIT. »Skupnost je bila zame res pomembna, čutiti, da pripadam, čutiti, da imam svoje mesto tukaj, in našla sem ljudi, ki so me bili pripravljeni objeti in podpirati,« je dejala.
Hammond, svetovno znana kemijska inženirka, ki je večino svoje akademske kariere preživela na MIT, je podala svoje pripombe med predavanjem o nagradi za dosežke na fakulteti Jamesa R. Killiana ml.
Nagrada Killian, ki je bila ustanovljena leta 1971 v čast 10. predsedniku MIT, Jamesu Killianu, priznava izredne poklicne dosežke članov fakultete MIT. Hammondova je bila izbrana za letošnjo nagrado "ne samo zaradi svojih izjemnih poklicnih dosežkov in prispevkov, ampak tudi zaradi njene pristne topline in človečnosti, njene premišljenosti in učinkovitega vodenja ter njene empatije in etike," je navedeno v citatu nagrade.
»Profesor Hammond je pionir v raziskavah nanotehnologije. S programom, ki sega od osnovne znanosti do translacijskih raziskav v medicini in energiji, je uvedla nove pristope za načrtovanje in razvoj kompleksnih sistemov za dostavo zdravil za zdravljenje raka in neinvazivno slikanje,« je povedala Mary Fuller, predsednica fakultete MIT in profesorica literature, ki je podelil nagrado. "Kot njeni sodelavci smo veseli, da danes praznujemo njeno kariero."
Januarja je Hammond začel služiti kot prorektor MIT za fakulteto. Pred tem je osem let vodila Katedro za kemijsko tehnologijo, leta 2021 pa je bila imenovana v inštitutsko profesorico.
Vsestranska tehnika
Hammondova, ki je odraščala v Detroitu, svojim staršem pripisuje ljubezen do znanosti. Njen oče je bil takrat eden redkih temnopoltih doktorjev znanosti iz biokemije, medtem ko je njena mati magistrirala iz zdravstvene nege na Univerzi Howard in ustanovila šolo za medicinske sestre na Wayne County Community College. "To je zagotovilo ogromno priložnosti za ženske na območju Detroita, vključno s temnopoltimi ženskami," je opozoril Hammond.
Potem ko je leta 1984 diplomirala na MIT, je Hammondova delala kot inženirka, preden se je vrnila na inštitut kot podiplomska študentka in leta 1993 doktorirala. Po dveletnem podoktorskem študiju na univerzi Harvard se je leta 1995 vrnila in se pridružila fakulteti MIT. .
V središču Hammondove raziskave je tehnika, ki jo je razvila za ustvarjanje tankih filmov, ki lahko v bistvu »skrčijo« nanodelce. Z uravnavanjem kemične sestave teh filmov je mogoče delce prilagoditi za dostavo zdravil ali nukleinskih kislin in za ciljanje na specifične celice v telesu, vključno z rakavimi celicami.
Za izdelavo teh filmov Hammond začne s plastenjem pozitivno nabitih polimerov na negativno nabito površino. Nato je mogoče dodati več plasti, ki izmenjujejo pozitivno in negativno nabite polimere. Vsaka od teh plasti lahko vsebuje zdravila ali druge uporabne molekule, kot sta DNA ali RNA. Nekateri od teh filmov vsebujejo na stotine plasti, drugi samo eno, zaradi česar so uporabni za širok spekter aplikacij.
»Kar je lepo pri postopku po plasteh, je to, da lahko izberem skupino razgradljivih polimerov, ki so lepo biokompatibilni, in jih lahko zamenjam z našimi materiali za zdravila. To pomeni, da lahko na različnih točkah v filmu ustvarim tanke plasti filma, ki vsebujejo različna zdravila,« je dejal Hammond. »Potem, ko se film razgradi, lahko ta zdravila sprosti v obratnem vrstnem redu. To nam omogoča ustvarjanje kompleksnih filmov z več zdravili z uporabo preproste tehnike na vodni osnovi.«
Hammond je opisal, kako je mogoče te filme po plasteh uporabiti za spodbujanje rasti kosti v aplikaciji, ki bi lahko pomagala ljudem, rojenim s prirojenimi okvarami kosti, ali ljudem, ki imajo travmatične poškodbe.
Za to uporabo je njen laboratorij ustvaril filme s plastmi dveh beljakovin. Eden od teh, BMP-2, je protein, ki sodeluje z matičnimi celicami odraslih in jih spodbudi k diferenciaciji v kostne celice, ki ustvarjajo novo kost. Drugi je rastni faktor, imenovan VEGF, ki spodbuja rast novih krvnih žil, ki pomagajo pri regeneraciji kosti. Ti sloji se nanesejo na zelo tanek tkivni ogrodje, ki ga je mogoče vsaditi na mesto poškodbe.
Hammondova in njeni študenti so zasnovali premaz tako, da bi po vsaditvi zgodaj sprostil VEGF, v približno enem tednu, in še naprej sproščal BMP-2 do 40 dni. V študiji na miših so ugotovili, da ta tkivni ogrodje spodbuja rast nova kost ki se skoraj ni razlikovala od naravne kosti.
Ciljanje na raka
Kot član Kochovega inštituta za integrativne raziskave raka na MIT je Hammond razvil tudi plast za plastjo premaze, ki lahko izboljšajo učinkovitost nanodelcev, ki se uporabljajo za dostavo zdravil proti raku, kot so liposomi ali nanodelci, izdelani iz polimera, imenovanega PLGA.
»Imamo široko paleto nosilcev zdravil, ki jih lahko zavijemo na ta način. O njih razmišljam kot o gobstopperju, kjer so vse te različne plasti sladkarij in se raztopijo ena za drugo,« je dejal Hammond.
S tem pristopom je Hammond ustvaril delce, ki lahko zadajo en ali dva udarca rakavim celicam. Prvič, delci sprostijo odmerek nukleinske kisline, kot je kratka interferenčna RNA (siRNA), ki lahko izklopi rakavi gen, ali mikroRNA, ki lahko aktivira tumor supresorske gene. Nato delci sprostijo kemoterapevtsko zdravilo, kot je cisplatin, za katerega so celice zdaj bolj ranljive.
Delci vključujejo tudi negativno nabito zunanjo "prikrito plast", ki jih ščiti pred razgradnjo v krvnem obtoku, preden lahko dosežejo svoje cilje. To zunanjo plast je mogoče tudi spremeniti, da pomaga delcem, da jih prevzamejo rakave celice, tako da vključi molekule, ki se vežejo na beljakovine, ki so v izobilju na tumorskih celicah.
V novejšem delu je Hammond začel razvijati nanodelce, ki lahko ciljajo na raka jajčnikov in pomagajo preprečiti ponovitev bolezni po kemoterapiji. Pri približno 70 odstotkih bolnic z rakom jajčnikov je prvi krog zdravljenja zelo učinkovit, vendar se tumorji ponovijo v približno 85 odstotkih teh primerov in ti novi tumorji so običajno zelo odporni na zdravila.
Hammond je s spreminjanjem vrste prevleke, ki se uporablja za nanodelce, ki prenašajo zdravila, ugotovil, da je delce mogoče oblikovati tako, da pridejo v tumorske celice ali se držijo njihovih površin. Z uporabo delcev, ki se držijo celic, je zasnovala zdravljenje, ki bi lahko pomagalo spodbuditi bolnikov imunski odziv na morebitne ponavljajoče se tumorske celice.
"Pri raku jajčnikov je v tem prostoru zelo malo imunskih celic in ker nimajo veliko prisotnih imunskih celic, je zelo težko okrepiti imunski odziv," je dejala. "Vendar, če lahko dostavimo molekulo sosednjim celicam, tistim nekaj prisotnih, in jih spodbudimo, potem bomo morda lahko nekaj naredili."
V ta namen je oblikovala nanodelce, ki dovajajo IL-12, citokin, ki stimulira bližnje celice T, da začnejo delovati in začnejo napadati tumorske celice. V študiji na miših je ugotovila, da je to zdravljenje povzročilo dolgoročni odziv T-celic spomina, ki je preprečil ponovitev raka na jajčnikih.
Hammondova je svoje predavanje zaključila z opisom vpliva, ki ga je imel inštitut nanjo v njeni karieri.
"To je bila transformativna izkušnja," je dejala. »Ta kraj se mi res zdi poseben, ker združuje ljudi in nam omogoča, da skupaj počnemo stvari, ki jih sami ne bi mogli. In podpora, ki jo dobimo od naših prijateljev, kolegov in naših študentov, je tista, ki resnično omogoča stvari.«
Napisala Anne Trafton
