1980 世紀 XNUMX 年代初，當 Paula Hammond 作為一年級學生第一次來到麻省理工學院校園時，她不確定自己是否屬於這裡。事實上，正如她對麻省理工學院的聽眾所說，她感覺自己像「冒名頂替者」。
麻省理工學院研究所教授Paula Hammond 是一位世界著名的化學工程師，她的大部分學術生涯都在麻省理工學院度過，她發表了2023-24 年James R. Killian Jr. 教師成就獎演講。圖片來源：傑克·貝爾徹
然而，這種感覺並沒有持續太久，哈蒙德開始在她的同學和麻省理工學院的教師中找到支持。 「社區對我來說真的很重要，讓我感覺自己有歸屬感，感覺自己在這裡有一席之地，我找到了願意擁抱我並支持我的人，」她說。
哈蒙德是一位世界知名的化學工程師，她的大部分學術生涯都在麻省理工學院度過，她在 2023-24 年小詹姆斯·R·基利安教師成就獎演講中發表了上述言論。
基利安獎於 1971 年設立，旨在表彰麻省理工學院第十任校長詹姆斯·基利安 (James Killian)，旨在表彰麻省理工學院教職員工取得的非凡專業成就。頒獎詞稱，哈蒙德獲選今年的獎項「不僅是因為她巨大的專業成就和貢獻，還因為她真誠的熱情和人性、她的深思熟慮和有效的領導力，以及她的同理心和道德」。
「哈蒙德教授是奈米科技研究的先驅。她的計畫從基礎科學延伸到醫學和能源領域的轉化研究，她引入了設計和開髮用於癌症治療和非侵入性成像的複雜藥物輸送系統的新方法。 “作為她的同事，我們很高興今天慶祝她的職業生涯。”
一月份，哈蒙德開始擔任麻省理工學院負責教務的副教務長。在此之前，她擔任化學工程系主任八年，並於 2021 年被任命為研究所教授。
多功能技術
哈蒙德在底特律長大，她認為父母灌輸了對科學的熱愛。她的父親是當時極少數獲得生物化學博士學位的黑人之一，而她的母親在霍華德大學獲得了護理碩士學位，並在韋恩縣社區學院創辦了護理學校。哈蒙德指出：“這為底特律地區的女性，包括有色人種女性提供了大量機會。”
1984 年從麻省理工學院獲得學士學位後，哈蒙德擔任工程師，然後作為研究生返回該研究所，並於1993 年獲得博士學位。理工學院任教。
哈蒙德研究的核心是她開發的一種技術，用於製造基本上可以「收縮包裹」奈米粒子的薄膜。透過調整這些薄膜的化學成分，可以客製化顆粒以輸送藥物或核酸並靶向體內的特定細胞，包括癌細胞。
為了製造這些薄膜，哈蒙德首先將帶正電的聚合物分層到帶負電的表面上。然後，可以添加更多層，交替帶正電和負電的聚合物。每一層都可能含有藥物或其他有用的分子，例如 DNA 或 RNA。其中一些薄膜包含數百層，其他薄膜只有一層，這使得它們具有廣泛的應用。
「逐層處理的好處是我可以選擇一組具有良好生物相容性的可降解聚合物，並且我可以將它們與我們的藥物材料取代。這意味著我可以在薄膜內的不同點建造包含不同藥物的薄膜層，」哈蒙德說。 「然後，當薄膜降解時，它可以以相反的順序釋放這些藥物。這使我們能夠使用簡單的水基技術創建複雜的多藥薄膜。
哈蒙德描述如何使用這些逐層薄膜來促進骨骼生長，其應用可以幫助患有先天性骨骼缺陷的人或遭受外傷的人。
為此，她的實驗室製作了含有兩種蛋白質層的薄膜。其中之一，BMP-2，是一種與成體幹細胞相互作用的蛋白質，誘導它們分化成骨細胞，產生新骨。第二種是稱為 VEGF 的生長因子，它能刺激新血管的生長，幫助骨骼再生。這些層被應用到一個非常薄的組織支架上，可以植入受傷部位。
Hammond 和她的學生設計了這種塗層，一旦植入，它就會在一周左右的時間內提前釋放 VEGF，並持續釋放 BMP-2 長達 40 天。在一項針對小鼠的研究中，他們發現這種組織支架刺激了生長 新骨 這與天然骨骼幾乎沒有區別。
針對癌症
作為麻省理工學院科赫綜合癌症研究所的成員，Hammond 還開發了逐層塗層，可提高用於癌症藥物輸送的奈米顆粒的性能，例如由PLGA 聚合物製成的脂質體或奈米顆粒。
「我們有各種各樣的藥物載體，我們可以用這種方式包裝。我認為它們就像一個大塊糖，裡面有各種不同層的糖果，它們一次溶解一層，」哈蒙德說。
使用這種方法，哈蒙德創造了可以向癌細胞發出一二擊的粒子。首先，顆粒釋放一定劑量的核酸，例如可以關閉癌基因的短幹擾RNA (siRNA)，或可以活化腫瘤抑制基因的微小RNA。然後，這些顆粒釋放出順鉑等化療藥物，而細胞現在更容易受到這種藥物的影響。
這些粒子還包括一個帶負電的外部“隱形層”，可以保護它們在到達目標之前不被血液分解。透過摻入與腫瘤細胞上豐富的蛋白質結合的分子，也可以對此外層進行修改，以幫助顆粒被癌細胞吸收。
在最近的工作中，哈蒙德已經開始開發可以靶向卵巢癌並有助於預防化療後疾病復發的奈米顆粒。在大約 70% 的卵巢癌患者中，第一輪治療非常有效，但其中約 85% 的病例腫瘤會復發，而這些新腫瘤通常具有高度抗藥性。
透過改變藥物傳遞奈米粒子的塗層類型，哈蒙德發現這些粒子可以設計成進入腫瘤細胞內部或黏附在其表面。她利用黏附在細胞上的顆粒設計了一種治療方法，可以幫助啟動患者對任何復發性腫瘤細胞的免疫反應。
「對於卵巢癌，該空間中存在很少的免疫細胞，由於它們沒有大量免疫細胞，所以很難加速免疫反應，」她說。 “然而，如果我們能夠將一種分子傳遞到鄰近的細胞（那些少數存在的細胞）並讓它們加速，那麼我們也許能夠做一些事情。”
為此，她設計了能夠傳遞 IL-12 的奈米粒子，IL-XNUMX 是一種細胞因子，可以刺激附近的 T 細胞發揮作用並開始攻擊腫瘤細胞。在一項針對小鼠的研究中，她發現這種治療可誘導長期記憶 T 細胞反應，從而防止卵巢癌復發。
哈蒙德在結束演講時描述了該研究所對她整個職業生涯的影響。
「這是一次變革性的經歷，」她說。 「我真的認為這個地方很特別，因為它將人們聚集在一起，使我們能夠一起做一些我們單獨做不到的事情。正是我們從朋友、同事和學生那裡得到的支持才真正使一切成為可能。
安妮·特拉夫頓 編劇
資源： 麻省理工學院
