När Paula Hammond först anlände till MIT:s campus som förstaårsstudent i början av 1980-talet var hon inte säker på om hon hörde hemma. I själva verket, som hon berättade för en MIT-publik, kände hon sig som "en bedragare".
MIT Institute Professor Paula Hammond, en världskänd kemiingenjör som har tillbringat större delen av sin akademiska karriär vid MIT, höll 2023-24 James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award-föreläsningen. Bildkredit: Jake Belcher
Den känslan varade dock inte länge, eftersom Hammond började hitta stöd bland sina studiekamrater och MIT:s fakultet. "Gemenskapen var verkligen viktigt för mig, att känna att jag tillhörde, att känna att jag hade en plats här, och jag hittade människor som var villiga att omfamna mig och stötta mig", sa hon.
Hammond, en världskänd kemiingenjör som har tillbringat större delen av sin akademiska karriär vid MIT, gjorde sina kommentarer under 2023-24 James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award-föreläsningen.
Killian Award grundades 1971 för att hedra MIT:s tionde president, James Killian, och erkänner extraordinära professionella prestationer av en MIT-fakultetsmedlem. Hammond valdes till årets pris "inte bara för hennes enorma professionella prestationer och bidrag, utan också för hennes genuina värme och mänsklighet, hennes omtänksamhet och effektiva ledarskap, och hennes empati och etik", enligt priset.
“Professor Hammond är en pionjär inom nanoteknologisk forskning. Med ett program som sträcker sig från grundvetenskap till translationell forskning inom medicin och energi, har hon introducerat nya tillvägagångssätt för design och utveckling av komplexa läkemedelsleveranssystem för cancerbehandling och icke-invasiv bildbehandling, säger Mary Fuller, ordförande för MIT:s fakultet och professor litteratur, som delade ut priset. "Som hennes kollegor är vi glada över att fira hennes karriär idag."
I januari började Hammond tjänstgöra som MIT:s vice provost för fakulteten. Dessförinnan var hon ordförande för Institutionen för kemiteknik i åtta år och hon utsågs till institutsprofessor 2021.
En mångsidig teknik
Hammond, som växte upp i Detroit, tillskriver sina föräldrar en kärlek till vetenskap. Hennes far var en av mycket få svarta doktorer i biokemi vid den tiden, medan hennes mamma tog en magisterexamen i omvårdnad från Howard University och grundade sjuksköterskeskolan vid Wayne County Community College. "Det gav en enorm mängd möjligheter för kvinnor i området i Detroit, inklusive färgade kvinnor," noterade Hammond.
Efter att ha tagit sin kandidatexamen från MIT 1984, arbetade Hammond som ingenjör innan hon återvände till institutet som doktorand och tog sin doktorsexamen 1993. Efter en tvåårig postdoc vid Harvard University återvände hon för att ansluta sig till MIT-fakulteten 1995 .
I hjärtat av Hammonds forskning är en teknik hon utvecklat för att skapa tunna filmer som i huvudsak kan "krymplinda" nanopartiklar. Genom att justera den kemiska sammansättningen av dessa filmer kan partiklarna anpassas för att leverera läkemedel eller nukleinsyror och för att rikta in sig på specifika celler i kroppen, inklusive cancerceller.
För att göra dessa filmer börjar Hammond med att skikta positivt laddade polymerer på en negativt laddad yta. Sedan kan fler skikt läggas till, alternerande positivt och negativt laddade polymerer. Vart och ett av dessa lager kan innehålla läkemedel eller andra användbara molekyler, såsom DNA eller RNA. Vissa av dessa filmer innehåller hundratals lager, andra bara ett, vilket gör dem användbara för ett brett spektrum av applikationer.
"Det som är bra med skikt-för-skikt-processen är att jag kan välja en grupp nedbrytbara polymerer som är bra biokompatibla, och jag kan varva dem med våra läkemedelsmaterial. Det betyder att jag kan bygga upp tunna filmlager som innehåller olika läkemedel på olika ställen i filmen, säger Hammond. "Då, när filmen försämras, kan den frigöra dessa droger i omvänd ordning. Detta gör det möjligt för oss att skapa komplexa, multidrogfilmer, med en enkel vattenbaserad teknik."
Hammond beskrev hur dessa lager-för-lager-filmer kan användas för att främja bentillväxt, i en applikation som kan hjälpa människor födda med medfödda skelettdefekter eller personer som upplever traumatiska skador.
För den användningen har hennes labb skapat filmer med lager av två proteiner. En av dessa, BMP-2, är ett protein som interagerar med vuxna stamceller och inducerar dem att differentiera till benceller, vilket skapar nytt ben. Den andra är en tillväxtfaktor som kallas VEGF, som stimulerar tillväxten av nya blodkärl som hjälper ben att regenerera. Dessa lager appliceras på en mycket tunn vävnadsställning som kan implanteras på skadestället.
Hammond och hennes elever designade beläggningen så att när den väl implanterats skulle den släppa VEGF tidigt, över en vecka eller så, och fortsätta att släppa BMP-2 i upp till 40 dagar. I en studie av möss fann de att denna vävnadsställning stimulerade tillväxten av nytt ben som var nästan omöjlig att skilja från naturligt ben.
Inriktar sig på cancer
Som medlem av MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research har Hammond också utvecklat lager-för-lager-beläggningar som kan förbättra prestandan hos nanopartiklar som används för cancerläkemedelsleverans, såsom liposomer eller nanopartiklar gjorda av en polymer som kallas PLGA.
"Vi har ett brett utbud av drogbärare som vi kan slå in på det här sättet. Jag tänker på dem som en gobstopper, där det finns alla dessa olika lager av godis och de löses upp ett i taget, sa Hammond.
Genom att använda detta tillvägagångssätt har Hammond skapat partiklar som kan leverera ett-två slag till cancerceller. Först släpper partiklarna en dos av en nukleinsyra, såsom kort interfererande RNA (siRNA), som kan stänga av en cancergen, eller mikroRNA, som kan aktivera tumörsuppressorgener. Sedan släpper partiklarna ett kemoterapiläkemedel som cisplatin, som cellerna nu är mer sårbara för.
Partiklarna inkluderar också ett negativt laddat yttre "smyglager" som skyddar dem från att brytas ner i blodomloppet innan de kan nå sina mål. Detta yttre skikt kan också modifieras för att hjälpa partiklarna att tas upp av cancerceller, genom att införliva molekyler som binder till proteiner som finns rikligt på tumörceller.
I nyare arbete har Hammond börjat utveckla nanopartiklar som kan rikta in sig på äggstockscancer och hjälpa till att förhindra återfall av sjukdomen efter kemoterapi. Hos cirka 70 procent av äggstockscancerpatienterna är den första behandlingsomgången mycket effektiv, men tumörer återkommer i cirka 85 procent av dessa fall, och dessa nya tumörer är vanligtvis mycket läkemedelsresistenta.
Genom att ändra typen av beläggning som appliceras på läkemedelslevererande nanopartiklar har Hammond funnit att partiklarna kan utformas för att antingen komma in i tumörceller eller hålla sig till deras ytor. Med hjälp av partiklar som fastnar på cellerna har hon designat en behandling som kan hjälpa till att sätta fart på en patients immunsvar mot eventuella återkommande tumörceller.
"Med äggstockscancer finns det väldigt få immunceller i det utrymmet, och eftersom de inte har många immunceller närvarande, är det mycket svårt att få upp ett immunsvar", sa hon. "Men om vi kan leverera en molekyl till närliggande celler, de fåtal som är närvarande, och få dem att återupplivas, så kanske vi kan göra något."
För det ändamålet designade hon nanopartiklar som levererar IL-12, ett cytokin som stimulerar närliggande T-celler att springa igång och börja attackera tumörceller. I en studie av möss fann hon att denna behandling inducerade ett långtidsminne T-cellssvar som förhindrade återfall av äggstockscancer.
Hammond avslutade sin föreläsning med att beskriva den inverkan som institutet har haft på henne under hela hennes karriär.
"Det har varit en omvälvande upplevelse," sa hon. "Jag tycker verkligen att den här platsen är speciell eftersom den för människor samman och gör det möjligt för oss att göra saker tillsammans som vi inte skulle kunna göra ensamma. Och det är det stödet vi får från våra vänner, våra kollegor och våra elever som verkligen gör saker möjligt.”
Skrivet av Anne Trafton
