Коли на початку 1980-х років Паула Хаммонд вперше приїхала до кампусу Массачусетського технологічного інституту як студентка першого курсу, вона не була впевнена, чи належить їй місце. Насправді, як вона сказала аудиторії MIT, вона відчувала себе «самозванцем».
Професор Інституту Массачусетського технологічного інституту Паула Хаммонд, всесвітньо відомий інженер-хімік, яка провела більшу частину своєї академічної кар’єри в Массачусетському технологічному інституті, прочитала лекцію про нагороду Джеймса Р. Кілліана молодшого факультету за досягнення у 2023-24 роках. Автор зображення: Джейк Белчер
Однак це почуття тривало недовго, оскільки Хаммонд почала знаходити підтримку серед своїх однокурсників і викладачів Массачусетського технологічного інституту. «Для мене було дуже важливо суспільство, відчувати, що я належу, відчувати, що мені тут місце, і я знайшла людей, які були готові обійняти мене та підтримати», — сказала вона.
Хаммонд, всесвітньо відомий інженер-хімік, який провів більшу частину своєї академічної кар’єри в Массачусетському технологічному інституті, зробила свої зауваження під час лекції Джеймса Р. Кілліана-молодшого за досягнення на факультеті у 2023-24 роках.
Нагорода Кілліана, заснована в 1971 році на честь 10-го президента Массачусетського технологічного інституту Джеймса Кілліана, відзначається надзвичайними професійними досягненнями викладачів Массачусетського технологічного інституту. Хаммонд була обрана для цьогорічної нагороди «не лише за її величезні професійні досягнення та внесок, але й за її щиру теплоту та людяність, її вдумливість та ефективне керівництво, а також її емпатію та етику», згідно з посиланням на нагороду.
«Професор Хаммонд є піонером у дослідженні нанотехнологій. Завдяки програмі, яка поширюється від фундаментальної науки до трансляційних досліджень у медицині та енергетиці, вона запровадила нові підходи до проектування та розробки складних систем доставки ліків для лікування раку та неінвазивної візуалізації», – сказала Мері Фуллер, голова факультету Массачусетського технологічного інституту та професор. літератури, який вручив премію ім. «Як її колеги, ми раді відсвяткувати її кар’єру сьогодні».
У січні Хаммонд почав працювати віце-ректором факультету Массачусетського технологічного інституту. До цього вона вісім років очолювала кафедру хімічної інженерії, а у 2021 році отримала звання професора інституту.
Універсальна техніка
Хаммонд, яка виросла в Детройті, вважає, що її батьки прищепили любов до науки. Її батько був одним із небагатьох темношкірих докторів наук у галузі біохімії на той час, а мати отримала ступінь магістра з медсестринства в Університеті Говарда та заснувала школу медсестер у громадському коледжі округу Вейн. «Це дало величезну кількість можливостей для жінок у районі Детройта, включно з кольоровими жінками», — зазначив Хаммонд.
Отримавши ступінь бакалавра в Массачусетському технологічному інституті в 1984 році, Хаммонд працювала інженером, перш ніж повернутися в Інститут як аспірантка, здобувши ступінь доктора філософії в 1993 році. Після дворічної аспірантури в Гарвардському університеті вона повернулася, щоб приєднатися до факультету Массачусетського технологічного інституту в 1995 році. .
В основі досліджень Хаммонд лежить техніка, яку вона розробила для створення тонких плівок, які, по суті, можуть «упаковувати» наночастинки. Налаштувавши хімічний склад цих плівок, можна налаштувати частинки для доставки ліків або нуклеїнових кислот і для націлювання на конкретні клітини в організмі, включаючи ракові клітини.
Щоб зробити ці плівки, Хаммонд починає з нанесення позитивно заряджених полімерів на негативно заряджену поверхню. Потім можна додати більше шарів, чергуючи позитивно та негативно заряджені полімери. Кожен з цих шарів може містити ліки або інші корисні молекули, такі як ДНК або РНК. Деякі з цих плівок містять сотні шарів, інші лише один, що робить їх корисними для широкого спектру застосувань.
«Що приємно в пошаровому процесі, я можу вибрати групу полімерів, що розкладаються, які добре біосумісні, і я можу чергувати їх з нашими лікарськими матеріалами. Це означає, що я можу створювати тонкі шари плівки, які містять різні препарати в різних точках плівки», — сказав Хаммонд. «Потім, коли плівка руйнується, вона може вивільняти ці ліки у зворотному порядку. Це дає нам змогу створювати складні фільми з кількома препаратами, використовуючи просту техніку на водній основі».
Хеммонд описав, як ці пошарові плівки можна використовувати для сприяння росту кісток у застосуванні, яке може допомогти людям, народженим із вродженими вадами кісток, або людям, які зазнали травматичних ушкоджень.
Для цього її лабораторія створила плівки з шарами двох білків. Один із них, BMP-2, є білком, який взаємодіє з дорослими стовбуровими клітинами та спонукає їх диференціюватись у кісткові клітини, утворюючи нову кістку. По-друге, це фактор росту під назвою VEGF, який стимулює ріст нових кровоносних судин, які допомагають кістці регенерувати. Ці шари наносяться на дуже тонкий тканинний каркас, який можна імплантувати на місці пошкодження.
Хеммонд та її учні розробили покриття таким чином, що після імплантації воно вивільняло VEGF рано, протягом приблизно тижня, і продовжувало вивільняти BMP-2 до 40 днів. Досліджуючи мишей, вони виявили, що ця тканинна структура стимулює ріст нова кістка який майже не відрізнявся від натуральної кістки.
Орієнтація на рак
Будучи членом Інституту інтегративних досліджень раку Коха Массачусетського технологічного інституту, Хаммонд також розробив пошарові покриття, які можуть покращити ефективність наночастинок, що використовуються для доставки ліків від раку, таких як ліпосоми або наночастинки, виготовлені з полімеру під назвою PLGA.
«У нас є широкий спектр носіїв для наркотиків, які ми можемо запакувати таким чином. Я думаю про них як про цукерку, де є всі ці різні шари цукерок, і вони розчиняються по черзі», – сказав Хаммонд.
Використовуючи цей підхід, Хаммонд створив частинки, які можуть завдати одного-двох ударів раковим клітинам. По-перше, частинки вивільняють дозу нуклеїнової кислоти, такої як коротка інтерферуюча РНК (siRNA), яка може вимкнути раковий ген, або мікроРНК, яка може активувати гени-супресори пухлин. Потім частинки вивільняють хіміотерапевтичний препарат, такий як цисплатин, до якого клітини тепер більш вразливі.
Частинки також містять негативно заряджений зовнішній «невидимий шар», який захищає їх від руйнування в кровотоці, перш ніж вони досягнуть своїх цілей. Цей зовнішній шар також можна модифікувати, щоб допомогти частинкам поглинути ракові клітини, включивши молекули, які зв’язуються з білками, які у великій кількості містяться в пухлинних клітинах.
У останній роботі Хаммонд почав розробку наночастинок, які можуть націлюватися на рак яєчників і допомагати запобігти рецидиву захворювання після хіміотерапії. Приблизно у 70 відсотків пацієнтів з раком яєчників перший раунд лікування є дуже ефективним, але пухлини рецидивують приблизно у 85 відсотках цих випадків, і ці нові пухлини зазвичай мають високу стійкість до ліків.
Змінивши тип покриття, що наноситься на наночастинки, що доставляють ліки, Хаммонд виявив, що частинки можуть бути розроблені так, щоб вони потрапляли всередину пухлинних клітин або прилипали до їх поверхні. Використовуючи частинки, які прилипають до клітин, вона розробила лікування, яке може допомогти прискорити імунну відповідь пацієнта на будь-які рецидивуючі пухлинні клітини.
«При раку яєчників у цьому просторі існує дуже мало імунних клітин, і оскільки в них не так багато імунних клітин, дуже важко прискорити імунну відповідь», — сказала вона. «Однак, якщо ми зможемо доставити молекулу до сусідніх клітин, тих небагатьох присутніх, і активізувати їх, тоді ми зможемо щось зробити».
З цією метою вона розробила наночастинки, які доставляють IL-12, цитокін, який стимулює сусідні Т-клітини активуватися та починати атакувати пухлинні клітини. Під час дослідження на мишах вона виявила, що це лікування викликало реакцію Т-клітин довгострокової пам’яті, яка запобігала рецидиву раку яєчників.
Хаммонд завершила свою лекцію, описавши вплив Інституту на неї протягом її кар’єри.
«Це був перемінний досвід, — сказала вона. «Я справді вважаю це місце особливим, тому що воно об’єднує людей і дозволяє нам робити те, що ми не змогли б зробити разом. І саме підтримка, яку ми отримуємо від наших друзів, колег і наших студентів, дійсно робить усе можливим».
Автор Енн Трафтон
