Noong unang dumating si Paula Hammond sa campus ng MIT bilang isang mag-aaral sa unang taon noong unang bahagi ng 1980s, hindi siya sigurado kung kabilang siya. Sa katunayan, tulad ng sinabi niya sa isang madla ng MIT, naramdaman niyang "isang impostor."
Si Propesor Paula Hammond ng MIT Institute, isang kilalang inhinyero ng kemikal na gumugol ng halos lahat ng kanyang karera sa akademiko sa MIT, ay nagbigay ng panayam sa 2023-24 James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award. Credit ng larawan: Jake Belcher
Gayunpaman, ang pakiramdam na iyon ay hindi nagtagal, dahil nagsimulang makahanap ng suporta si Hammond sa kanyang mga kapwa mag-aaral at mga guro ng MIT. "Ang komunidad ay talagang mahalaga para sa akin, ang pakiramdam na ako ay kabilang, ang pakiramdam na mayroon akong isang lugar dito, at nakahanap ako ng mga taong handang yakapin ako at suportahan ako," sabi niya.
Si Hammond, isang kilalang inhinyero ng kemikal sa buong mundo na gumugol ng halos lahat ng kanyang karera sa akademya sa MIT, ay nagbigay ng kanyang mga pahayag noong 2023-24 James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award lecture.
Itinatag noong 1971 upang parangalan ang ika-10 pangulo ng MIT, si James Killian, kinikilala ng Killian Award ang mga pambihirang propesyonal na tagumpay ng isang miyembro ng faculty ng MIT. Napili si Hammond para sa parangal ngayong taon "hindi lamang para sa kanyang napakalaking propesyonal na mga tagumpay at kontribusyon, kundi para din sa kanyang tunay na init at pagiging makatao, sa kanyang pagiging maalalahanin at epektibong pamumuno, at sa kanyang empatiya at etika," ayon sa award citation.
"Si Propesor Hammond ay isang pioneer sa nanotechnology research. Sa isang programa na umaabot mula sa pangunahing agham hanggang sa pagsasaliksik sa pagsasalin sa medisina at enerhiya, ipinakilala niya ang mga bagong diskarte para sa disenyo at pagbuo ng mga kumplikadong sistema ng paghahatid ng gamot para sa paggamot sa kanser at noninvasive imaging, "sabi ni Mary Fuller, tagapangulo ng faculty ng MIT at isang propesor. ng panitikan, na nagbigay ng parangal. "Bilang mga kasamahan niya, natutuwa kaming ipagdiwang ang kanyang karera ngayon."
Noong Enero, nagsimulang magsilbi si Hammond bilang vice provost ng MIT para sa mga guro. Bago iyon, pinamunuan niya ang Department of Chemical Engineering sa loob ng walong taon, at siya ay pinangalanang isang Institute Professor noong 2021.
Isang maraming nalalaman na pamamaraan
Si Hammond, na lumaki sa Detroit, ay pinasasalamatan ang kanyang mga magulang sa pagtatanim ng pagmamahal sa agham. Ang kanyang ama ay isa sa napakakaunting Black PhD sa biochemistry noong panahong iyon, habang ang kanyang ina ay nakakuha ng master's degree sa nursing mula sa Howard University at itinatag ang nursing school sa Wayne County Community College. "Nagbigay iyon ng malaking halaga ng pagkakataon para sa mga kababaihan sa lugar ng Detroit, kabilang ang mga babaeng may kulay," sabi ni Hammond.
Matapos makuha ang kanyang bachelor's degree mula sa MIT noong 1984, nagtrabaho si Hammond bilang isang inhinyero bago bumalik sa Institute bilang isang graduate student, na nakuha ang kanyang PhD noong 1993. Pagkatapos ng dalawang taong postdoc sa Harvard University, bumalik siya upang sumali sa MIT faculty noong 1995 .
Sa gitna ng pananaliksik ni Hammond ay isang pamamaraan na kanyang binuo upang lumikha ng mga manipis na pelikula na maaaring mahalagang "pag-urong-babalot" ng mga nanoparticle. Sa pamamagitan ng pag-tune ng kemikal na komposisyon ng mga pelikulang ito, maaaring i-customize ang mga particle upang maghatid ng mga gamot o nucleic acid at upang i-target ang mga partikular na selula sa katawan, kabilang ang mga selula ng kanser.
Upang gawin ang mga pelikulang ito, nagsimula si Hammond sa pamamagitan ng paglalagay ng mga polymer na may positibong charge sa isang ibabaw na may negatibong charge. Pagkatapos, maaaring magdagdag ng higit pang mga layer, na nagpapalit-palit ng positibo at negatibong sisingilin na mga polimer. Ang bawat isa sa mga layer na ito ay maaaring maglaman ng mga gamot o iba pang kapaki-pakinabang na molekula, tulad ng DNA o RNA. Ang ilan sa mga pelikulang ito ay naglalaman ng daan-daang mga layer, ang iba ay isa lamang, na ginagawa itong kapaki-pakinabang para sa isang malawak na hanay ng mga application.
"Ang maganda sa proseso ng layer-by-layer ay maaari akong pumili ng isang grupo ng mga nabubulok na polymer na mahusay na biocompatible, at maaari kong ihalo ang mga ito sa aming mga materyales sa gamot. Nangangahulugan ito na maaari akong bumuo ng mga manipis na layer ng pelikula na naglalaman ng iba't ibang mga gamot sa iba't ibang mga punto sa loob ng pelikula," sabi ni Hammond. “Tapos, kapag na-degrade ang pelikula, puwede nitong ilabas ang mga gamot na iyon sa reverse order. Ito ay nagbibigay-daan sa amin na lumikha ng kumplikado, multidrug na pelikula, gamit ang isang simpleng water-based na pamamaraan."
Inilarawan ni Hammond kung paano magagamit ang mga layer-by-layer na pelikulang ito upang i-promote ang paglaki ng buto, sa isang application na makakatulong sa mga taong ipinanganak na may congenital bone defect o mga taong nakakaranas ng traumatic injuries.
Para sa paggamit na iyon, ang kanyang lab ay lumikha ng mga pelikula na may mga layer ng dalawang protina. Ang isa sa mga ito, ang BMP-2, ay isang protina na nakikipag-ugnayan sa mga adult stem cell at hinihimok ang mga ito na mag-iba sa mga bone cell, na bumubuo ng bagong buto. Ang pangalawa ay isang growth factor na tinatawag na VEGF, na nagpapasigla sa paglaki ng mga bagong daluyan ng dugo na tumutulong sa buto upang muling buuin. Ang mga layer na ito ay inilalapat sa isang napakanipis na plantsa ng tissue na maaaring itanim sa lugar ng pinsala.
Dinisenyo ni Hammond at ng kanyang mga mag-aaral ang coating upang sa sandaling maitanim, mailalabas nito ang VEGF nang maaga, mahigit isang linggo o higit pa, at patuloy na ilalabas ang BMP-2 nang hanggang 40 araw. Sa isang pag-aaral ng mga daga, nalaman nila na ang tissue scaffold na ito ay nagpasigla sa paglaki ng bagong buto na halos hindi makilala sa natural na buto.
Pag-target sa cancer
Bilang miyembro ng MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, si Hammond ay nakabuo din ng mga layer-by-layer coatings na maaaring mapabuti ang pagganap ng mga nanoparticle na ginagamit para sa paghahatid ng gamot sa kanser, tulad ng mga liposome o nanoparticle na ginawa mula sa isang polymer na tinatawag na PLGA.
"Mayroon kaming malawak na hanay ng mga carrier ng gamot na maaari naming balutin sa ganitong paraan. I think of them like a gobstopper, where there are all those different layers of candy and they dissolve one at a time,” sabi ni Hammond.
Gamit ang diskarteng ito, lumikha si Hammond ng mga particle na maaaring maghatid ng isa-dalawang suntok sa mga selula ng kanser. Una, ang mga particle ay naglalabas ng isang dosis ng isang nucleic acid tulad ng short interfering RNA (siRNA), na maaaring i-off ang isang cancerous gene, o microRNA, na maaaring mag-activate ng mga tumor suppressor genes. Pagkatapos, ang mga particle ay naglalabas ng chemotherapy na gamot tulad ng cisplatin, kung saan ang mga selula ay mas mahina ngayon.
Kasama rin sa mga particle ang isang negatibong sisingilin na panlabas na "stealth layer" na nagpoprotekta sa kanila mula sa pagkasira sa daloy ng dugo bago nila maabot ang kanilang mga target. Ang panlabas na layer na ito ay maaari ding baguhin upang matulungan ang mga particle na makuha ng mga selula ng kanser, sa pamamagitan ng pagsasama ng mga molekula na nagbubuklod sa mga protina na sagana sa mga selula ng tumor.
Sa mas kamakailang trabaho, sinimulan ni Hammond ang pagbuo ng mga nanoparticle na maaaring mag-target ng ovarian cancer at makatulong na maiwasan ang pag-ulit ng sakit pagkatapos ng chemotherapy. Sa humigit-kumulang 70 porsiyento ng mga pasyente ng ovarian cancer, ang unang round ng paggamot ay lubos na epektibo, ngunit ang mga tumor ay umuulit sa humigit-kumulang 85 porsiyento ng mga kaso na iyon, at ang mga bagong tumor na ito ay kadalasang lubos na lumalaban sa droga.
Sa pamamagitan ng pagbabago sa uri ng coating na inilapat sa mga nanopartikel na naghahatid ng droga, nalaman ni Hammond na ang mga particle ay maaaring idinisenyo upang makapasok sa loob ng mga selula ng tumor o dumikit sa kanilang mga ibabaw. Gamit ang mga particle na dumidikit sa mga cell, nagdisenyo siya ng paggamot na maaaring makatulong upang simulan ang immune response ng isang pasyente sa anumang paulit-ulit na mga selula ng tumor.
"Sa kanser sa ovarian, napakakaunting mga immune cell ang umiiral sa espasyong iyon, at dahil wala silang maraming immune cells, napakahirap na baguhin ang immune response," sabi niya. "Gayunpaman, kung maaari tayong maghatid ng isang molekula sa mga kalapit na mga cell, ang iilan na naroroon, at pasiglahin ang mga ito, kung gayon maaari tayong gumawa ng isang bagay."
Sa layuning iyon, idinisenyo niya ang mga nanoparticle na naghahatid ng IL-12, isang cytokine na nagpapasigla sa kalapit na mga T cell upang kumilos at magsimulang umatake sa mga tumor cells. Sa isang pag-aaral ng mga daga, nalaman niya na ang paggamot na ito ay nagdulot ng pangmatagalang tugon sa T-cell ng memorya na pumigil sa pag-ulit ng ovarian cancer.
Isinara ni Hammond ang kanyang panayam sa pamamagitan ng paglalarawan sa epekto ng Institute sa kanya sa kabuuan ng kanyang karera.
"Ito ay isang pagbabagong karanasan," sabi niya. “I really think of this place is special because it brings people together and enables us to do things together na hindi namin kayang mag-isa. At ang suporta na nakukuha namin mula sa aming mga kaibigan, aming mga kasamahan, at aming mga mag-aaral na talagang ginagawang posible ang mga bagay.
Isinulat ni Anne Trafton
