Kanker aanpakken op nanoschaal europahoy.news

Toen Paula Hammond begin jaren tachtig als eerstejaarsstudent voor het eerst op de MIT-campus arriveerde, wist ze niet zeker of ze erbij hoorde. Zoals ze aan het MIT-publiek vertelde, voelde ze zich zelfs ‘een bedrieger’.

Professor Paula Hammond van het MIT Institute, een wereldberoemde chemisch ingenieur die het grootste deel van haar academische carrière aan het MIT heeft doorgebracht, hield de James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award Lecture 2023-24. Afbeelding tegoed: Jake Belcher.

Dat gevoel duurde echter niet lang, toen Hammond steun begon te vinden onder zijn medestudenten en MIT-professoren. “De gemeenschap was heel belangrijk voor mij, het gevoel dat ik erbij hoorde, het gevoel had dat ik hier een plek had, en ik vond mensen die bereid waren mij te omhelzen en te steunen”, zei ze.

Hammond, een wereldberoemde scheikundig ingenieur die het grootste deel van haar academische carrière aan het MIT heeft doorgebracht, maakte haar opmerkingen tijdens de James R. Killian Jr. Faculty Achievement Award-lezing 2023-24.

De Killian Award, opgericht in 1971 ter ere van de tiende president van MIT, James Killian, erkent buitengewone professionele prestaties van een lid van de MIT-faculteit. Hammond werd dit jaar gekozen voor de prijs “niet alleen vanwege haar enorme professionele prestaties en bijdragen, maar ook vanwege haar oprechte warmte en menselijkheid, haar bedachtzaamheid en effectief leiderschap, en haar empathie en ethiek”, aldus de prijsuitreiking.

“Professor Hammond is een pionier op het gebied van nanotechnologieonderzoek. Met een programma dat fundamentele wetenschap omvat tot translationeel onderzoek op het gebied van de geneeskunde en energie, heeft het nieuwe benaderingen geïntroduceerd voor het ontwerp en de ontwikkeling van complexe medicijnafgiftesystemen voor de behandeling van kanker en niet-invasieve beeldvorming”, aldus Mary Fuller, voorzitter van de MIT-faculteit en professor. van de literatuur, die de prijs uitreikte. « Als zijn collega’s zijn we verheugd om vandaag zijn carrière te vieren. »

In januari begon Hammond te dienen als vice-provoost voor de faculteit van MIT. Daarvoor was zij acht jaar voorzitter van de afdeling Scheikundige Technologie en werd in 2021 benoemd tot instituutshoogleraar.

Een veelzijdige techniek

Hammond, die opgroeide in Detroit, crediteert zijn ouders omdat ze hem liefde voor de wetenschap hebben bijgebracht. Zijn vader was destijds een van de weinige zwarte artsen in de biochemie, terwijl zijn moeder een masterdiploma in verpleegkunde behaalde aan Howard University en de verpleegschool oprichtte aan het Wayne County Community College. « Dat bood veel kansen voor vrouwen in de omgeving van Detroit, inclusief gekleurde vrouwen », zei Hammond.

Nadat ze in 1984 haar bachelordiploma aan het MIT had behaald, werkte Hammond als ingenieur voordat ze als afgestudeerde student terugkeerde naar het Instituut en in 1993 promoveerde. Na een tweejarige postdoc aan de Harvard University keerde ze terug naar de faculteit van MIT in 1995. .

Centraal in Hammonds onderzoek staat een techniek die hij heeft ontwikkeld om dunne films te maken die zich in wezen ‘rond nanodeeltjes kunnen wikkelen’. Door de chemische samenstelling van deze films aan te passen, kunnen de deeltjes worden aangepast om medicijnen of nucleïnezuren af ​​te geven en zich te richten op specifieke cellen in het lichaam, waaronder kankercellen.

Om deze films te maken, begint Hammond met het plaatsen van positief geladen polymeren op een negatief geladen oppervlak. Vervolgens kunnen er meer lagen worden toegevoegd, waarbij positief en negatief geladen polymeren worden afgewisseld. Elk van deze lagen kan medicijnen of andere nuttige moleculen bevatten, zoals DNA of RNA. Sommige van deze films bevatten honderden lagen, andere slechts één, waardoor ze bruikbaar zijn voor een breed scala aan toepassingen.

“Het leuke van het laag-voor-laag proces is dat ik een groep afbreekbare polymeren kan kiezen die zeer biocompatibel zijn en deze kan afwisselen met onze medicijnmaterialen. Dit betekent dat ik op verschillende punten in de film dunne filmlagen kan bouwen die verschillende medicijnen bevatten”, aldus Hammond. “Als de film vervolgens verslechtert, kan hij de medicijnen in omgekeerde volgorde vrijgeven. “Hierdoor kunnen we complexe multi-medicijnfilms maken met behulp van een eenvoudige techniek op waterbasis.”

Hammond beschreef hoe deze laag-voor-laag films kunnen worden gebruikt om de botgroei te bevorderen, in een toepassing die mensen zou kunnen helpen die geboren zijn met aangeboren botafwijkingen of die traumatisch letsel oplopen.

Voor dat gebruik heeft zijn laboratorium films gemaakt met lagen van twee eiwitten. Eén daarvan, BMP-2, is een eiwit dat interageert met volwassen stamcellen en deze ertoe aanzet zich te differentiëren tot botcellen, waardoor nieuw bot wordt gegenereerd. De tweede is een groeifactor genaamd VEGF, die de groei van nieuwe bloedvaten stimuleert die de botregeneratie bevorderen. Deze lagen worden aangebracht op een zeer dunne weefselstructuur die op de plaats van het letsel kan worden geïmplanteerd.

Hammond en zijn studenten ontwierpen de coating zo dat deze, eenmaal geïmplanteerd, VEGF vroeg vrijgaf, ongeveer een week, en BMP-2 bleef afgeven gedurende maximaal 40 dagen. In een onderzoek met muizen ontdekten ze dat dit weefselsteiger de groei stimuleerde nieuw bot dat bijna niet te onderscheiden was van natuurlijk bot.

Doelgericht op kanker

Als lid van het Koch Institute for Integrative Cancer Research van MIT heeft Hammond ook laag-voor-laag coatings ontwikkeld die de prestaties kunnen verbeteren van nanodeeltjes die worden gebruikt voor de toediening van kankermedicijnen, zoals liposomen of nanodeeltjes gemaakt van een polymeer genaamd PLGA.

“We hebben een ruim assortiment medicijndragers die we op deze manier kunnen verpakken. Ik beschouw ze als een toverdrankje, waarbij er al deze verschillende lagen snoep zijn en ze één voor één oplossen”, zei Hammond.

Met behulp van deze aanpak heeft Hammond deeltjes gecreëerd die kankercellen een dubbele klap kunnen bezorgen. Ten eerste geven de deeltjes een dosis nucleïnezuur vrij, zoals een kort interfererend RNA (siRNA), dat een kankergen kan uitschakelen, of een microRNA, dat tumorsuppressorgenen kan inschakelen. De deeltjes laten vervolgens een chemotherapiemedicijn vrij, zoals cisplatine, waarvoor de cellen nu kwetsbaarder zijn.

De deeltjes bevatten ook een negatief geladen buitenste ‘stealthlaag’ die hen beschermt tegen afbraak in de bloedbaan voordat ze hun doelen kunnen bereiken. Deze buitenste laag kan ook worden aangepast om kankercellen te helpen de deeltjes te absorberen, door moleculen op te nemen die binden aan eiwitten die overvloedig aanwezig zijn op tumorcellen.

In recenter werk is Hammond begonnen met het ontwikkelen van nanodeeltjes die zich kunnen richten op eierstokkanker en kunnen helpen voorkomen dat de ziekte terugkeert na chemotherapie. Bij ongeveer 70 procent van de patiënten met eierstokkanker is de eerste behandelingsronde zeer effectief, maar in ongeveer 85 procent van die gevallen keren de tumoren terug, en deze nieuwe tumoren zijn vaak zeer resistent tegen de medicijnen.

Door het type coating dat op medicijnafgevende nanodeeltjes wordt aangebracht te veranderen, heeft Hammond ontdekt dat de deeltjes zo kunnen worden ontworpen dat ze tumorcellen binnendringen of zich aan hun oppervlak hechten. Met behulp van deeltjes die zich aan cellen hechten, heeft hij een behandeling ontworpen die kan helpen de immuunrespons van de patiënt op terugkerende tumorcellen te reactiveren.

« Bij eierstokkanker zijn er heel weinig immuuncellen in die ruimte, en omdat er niet veel immuuncellen aanwezig zijn, is het erg moeilijk om een ​​immuunrespons te versnellen, » zei hij. « Als we echter een molecuul kunnen afleveren aan naburige cellen, de weinige die aanwezig zijn, en deze kunnen versnellen, dan kunnen we misschien iets doen. »

Daartoe ontwierp hij nanodeeltjes die IL-12 afgeven, een cytokine dat nabijgelegen T-cellen stimuleert om in actie te komen en tumorcellen aan te vallen. In een onderzoek met muizen ontdekte hij dat deze behandeling een langetermijngeheugen-T-celreactie induceerde die herhaling van eierstokkanker voorkwam.

Hammond sloot haar lezing af met een beschrijving van de impact die het Instituut gedurende haar hele carrière op haar heeft gehad.

“Het is een transformerende ervaring geweest”, zei hij. “Ik vind deze plek echt bijzonder omdat het mensen samenbrengt en ons in staat stelt samen dingen te doen die we alleen niet zouden kunnen doen. En het is de steun die we krijgen van onze vrienden, collega’s en studenten die dingen echt mogelijk maakt.”

Geschreven door Anne Trafton

Fontein: Massachusetts Institute of Technology