Khi Paula Hammond lần đầu tiên đến khuôn viên trường MIT với tư cách là sinh viên năm thứ nhất vào đầu những năm 1980, cô không chắc liệu mình có thuộc về trường này hay không. Trên thực tế, khi nói với khán giả MIT, cô ấy cảm thấy mình giống như “một kẻ mạo danh”.
Giáo sư Paula Hammond của Viện MIT, một kỹ sư hóa học nổi tiếng thế giới, người đã dành phần lớn sự nghiệp học tập của mình tại MIT, đã thuyết trình bài giảng về Giải thưởng Thành tựu Khoa James R. Killian Jr. năm 2023-24. Tín dụng hình ảnh: Jake Belcher
Tuy nhiên, cảm giác đó không kéo dài được lâu khi Hammond bắt đầu nhận được sự ủng hộ từ các bạn sinh viên và giảng viên của MIT. Cô nói: “Cộng đồng thực sự quan trọng đối với tôi, để tôi cảm thấy mình thuộc về, cảm thấy rằng tôi có một vị trí ở đây và tôi đã tìm thấy những người sẵn sàng đón nhận và ủng hộ tôi”.
Hammond, một kỹ sư hóa học nổi tiếng thế giới, người đã dành phần lớn sự nghiệp học tập của mình tại MIT, đã đưa ra nhận xét của mình trong bài giảng Giải thưởng Thành tựu Khoa James R. Killian Jr. năm 2023-24.
Được thành lập vào năm 1971 để tôn vinh hiệu trưởng thứ 10 của MIT, James Killian, Giải thưởng Killian công nhận những thành tựu chuyên môn phi thường của một giảng viên MIT. Theo trích dẫn giải thưởng, Hammond được chọn cho giải thưởng năm nay “không chỉ vì những thành tựu và đóng góp chuyên môn to lớn mà còn vì sự ấm áp và nhân văn thực sự, sự chu đáo và khả năng lãnh đạo hiệu quả cũng như sự đồng cảm và đạo đức của cô ấy”.
“Giáo sư Hammond là người tiên phong trong nghiên cứu công nghệ nano. Với chương trình mở rộng từ khoa học cơ bản đến nghiên cứu chuyển đổi về y học và năng lượng, cô ấy đã giới thiệu những phương pháp tiếp cận mới để thiết kế và phát triển hệ thống phân phối thuốc phức tạp để điều trị ung thư và chụp ảnh không xâm lấn,” Mary Fuller, chủ tịch khoa của MIT và là giáo sư cho biết. văn chương, người trao giải. “Với tư cách là đồng nghiệp của cô ấy, chúng tôi rất vui mừng được tôn vinh sự nghiệp của cô ấy ngày hôm nay.”
Vào tháng 2021, Hammond bắt đầu giữ chức vụ phó hiệu trưởng phụ trách khoa của MIT. Trước đó, bà giữ chức Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Hóa học trong XNUMX năm và được bổ nhiệm làm Giáo sư của Viện vào năm XNUMX.
Một kỹ thuật đa năng
Hammond, lớn lên ở Detroit, cho rằng cha mẹ cô đã truyền cho cô tình yêu khoa học. Cha cô là một trong số rất ít tiến sĩ da đen về hóa sinh vào thời điểm đó, trong khi mẹ cô có bằng thạc sĩ điều dưỡng tại Đại học Howard và thành lập trường điều dưỡng tại Cao đẳng Cộng đồng Quận Wayne. Hammond lưu ý: “Điều đó mang lại rất nhiều cơ hội cho phụ nữ ở khu vực Detroit, bao gồm cả phụ nữ da màu.
Sau khi lấy bằng cử nhân của MIT vào năm 1984, Hammond làm kỹ sư trước khi trở lại Viện với tư cách là nghiên cứu sinh, lấy bằng Tiến sĩ vào năm 1993. Sau hai năm học sau tiến sĩ tại Đại học Harvard, cô trở lại gia nhập giảng viên MIT vào năm 1995 .
Trọng tâm nghiên cứu của Hammond là một kỹ thuật mà cô đã phát triển để tạo ra các màng mỏng về cơ bản có thể “co lại” các hạt nano. Bằng cách điều chỉnh thành phần hóa học của những màng này, các hạt có thể được tùy chỉnh để phân phối thuốc hoặc axit nucleic và nhắm mục tiêu vào các tế bào cụ thể trong cơ thể, bao gồm cả tế bào ung thư.
Để tạo ra những màng này, Hammond bắt đầu bằng cách xếp lớp các polyme tích điện dương lên bề mặt tích điện âm. Sau đó, nhiều lớp hơn có thể được thêm vào, xen kẽ các polyme tích điện dương và âm. Mỗi lớp này có thể chứa thuốc hoặc các phân tử hữu ích khác, chẳng hạn như DNA hoặc RNA. Một số loại phim này chứa hàng trăm lớp, số khác chỉ có một lớp, khiến chúng trở nên hữu ích cho nhiều ứng dụng.
“Điều thú vị về quy trình từng lớp là tôi có thể chọn một nhóm polyme phân hủy có tính tương thích sinh học tốt và tôi có thể thay thế chúng bằng nguyên liệu thuốc của mình. Điều này có nghĩa là tôi có thể xây dựng các lớp màng mỏng chứa các loại thuốc khác nhau ở các điểm khác nhau trong màng”, Hammond nói. “Sau đó, khi màng phân hủy, nó có thể giải phóng các loại thuốc đó theo trình tự ngược lại. Điều này cho phép chúng tôi tạo ra các màng phức tạp, đa loại thuốc bằng cách sử dụng kỹ thuật dựa trên nước đơn giản.”
Hammond đã mô tả cách sử dụng những tấm phim từng lớp này để thúc đẩy sự phát triển của xương, trong một ứng dụng có thể giúp những người sinh ra bị dị tật xương bẩm sinh hoặc những người bị chấn thương.
Để phục vụ mục đích đó, phòng thí nghiệm của cô đã tạo ra các màng có hai lớp protein. Một trong số đó, BMP-2, là một loại protein tương tác với tế bào gốc trưởng thành và khiến chúng biệt hóa thành tế bào xương, tạo ra xương mới. Thứ hai là yếu tố tăng trưởng có tên VEGF, có tác dụng kích thích sự phát triển của các mạch máu mới giúp xương tái tạo. Những lớp này được áp dụng cho một giàn mô rất mỏng có thể được cấy vào vị trí chấn thương.
Hammond và các sinh viên của cô đã thiết kế lớp phủ sao cho khi được cấy vào, nó sẽ giải phóng VEGF sớm, trong khoảng hơn một tuần và tiếp tục giải phóng BMP-2 trong tối đa 40 ngày. Trong một nghiên cứu trên chuột, họ phát hiện ra rằng giàn mô này đã kích thích sự phát triển của xương mới gần như không thể phân biệt được với xương tự nhiên.
Nhắm mục tiêu ung thư
Là thành viên của Viện nghiên cứu ung thư tích hợp Koch của MIT, Hammond cũng đã phát triển các lớp phủ từng lớp có thể cải thiện hiệu suất của các hạt nano được sử dụng để vận chuyển thuốc điều trị ung thư, chẳng hạn như liposome hoặc hạt nano làm từ polymer có tên PLGA.
“Chúng tôi có nhiều loại tàu vận chuyển ma túy mà chúng tôi có thể bọc theo cách này. Tôi nghĩ chúng giống như một con yêu tinh, nơi có tất cả các lớp kẹo khác nhau và chúng hòa tan từng lớp một,” Hammond nói.
Sử dụng phương pháp này, Hammond đã tạo ra các hạt có thể tung ra cú đấm có một không hai vào tế bào ung thư. Đầu tiên, các hạt giải phóng một lượng axit nucleic như RNA can thiệp ngắn (siRNA), có thể tắt gen ung thư hoặc microRNA, có thể kích hoạt các gen ức chế khối u. Sau đó, các hạt này giải phóng một loại thuốc hóa trị như cisplatin, khiến tế bào dễ bị tổn thương hơn.
Các hạt này cũng bao gồm một “lớp tàng hình” bên ngoài mang điện tích âm, bảo vệ chúng khỏi bị phân hủy trong máu trước khi chúng có thể tiếp cận mục tiêu. Lớp bên ngoài này cũng có thể được sửa đổi để giúp các hạt được tế bào ung thư hấp thụ bằng cách kết hợp các phân tử liên kết với các protein có nhiều trên tế bào khối u.
Trong nghiên cứu gần đây hơn, Hammond đã bắt đầu phát triển các hạt nano có thể nhắm tới ung thư buồng trứng và giúp ngăn ngừa bệnh tái phát sau hóa trị. Ở khoảng 70% bệnh nhân ung thư buồng trứng, đợt điều trị đầu tiên có hiệu quả cao, nhưng khối u tái phát trong khoảng 85% số trường hợp đó và những khối u mới này thường có khả năng kháng thuốc cao.
Bằng cách thay đổi loại lớp phủ được áp dụng cho các hạt nano phân phối thuốc, Hammond đã phát hiện ra rằng các hạt này có thể được thiết kế để xâm nhập vào bên trong tế bào khối u hoặc bám vào bề mặt của chúng. Bằng cách sử dụng các hạt dính vào tế bào, cô đã thiết kế một phương pháp điều trị có thể giúp khởi động phản ứng miễn dịch của bệnh nhân đối với bất kỳ tế bào khối u tái phát nào.
Cô nói: “Với bệnh ung thư buồng trứng, rất ít tế bào miễn dịch tồn tại trong không gian đó và vì chúng không có nhiều tế bào miễn dịch nên rất khó để tăng cường phản ứng miễn dịch”. “Tuy nhiên, nếu chúng ta có thể đưa một phân tử đến các tế bào lân cận, số ít hiện có và khiến chúng tăng tốc, thì chúng ta có thể làm được điều gì đó.”
Để đạt được mục tiêu đó, cô đã thiết kế các hạt nano cung cấp IL-12, một cytokine kích thích các tế bào T gần đó hoạt động và bắt đầu tấn công các tế bào khối u. Trong một nghiên cứu trên chuột, cô phát hiện ra rằng phương pháp điều trị này tạo ra phản ứng tế bào T trí nhớ dài hạn giúp ngăn ngừa tái phát ung thư buồng trứng.
Hammond kết thúc bài giảng của mình bằng cách mô tả tác động của Viện đối với cô trong suốt sự nghiệp của mình.
“Đó là một trải nghiệm mang tính thay đổi,” cô nói. “Tôi thực sự nghĩ nơi này thật đặc biệt vì nó gắn kết mọi người lại với nhau và cho phép chúng tôi cùng nhau làm những việc mà chúng tôi không thể làm một mình. Và chính sự hỗ trợ mà chúng tôi nhận được từ bạn bè, đồng nghiệp và sinh viên của mình đã thực sự khiến mọi việc trở nên khả thi.”
Viết bởi Anne Trafton
nguồn: Viện Công nghệ Massachusetts
