随着人类社会的发展,遗传性疾病、癌症以及心血管疾病等重大疾病的发病率逐年上升,严重威胁人类的健康,传统的医疗手段很难彻底治愈这些疾病,基因治疗利用将外源正常基因导入靶细胞的方式为这些疾病开辟了新的治疗手段。目前,制约基因治疗的关键是缺乏既安全又高效的基因载体,由于病毒载体的安全性较差,人们的研究重心转向了非病毒基因载体的研制,而目前研究最广泛的非病毒基因载体是阳离子聚合物。原子转移自由基聚合(ATRP)是一种活性可控的聚合方法,其反应温度适中、适用单体种类多,非常适用于制备多功能的阳离子聚合物。本论文根据目前非病毒基因载体材料的发展趋势,针对载体转染效率低且毒性高的科学问题,在ATRP法的基础上制备了一系列高性能的甲基丙烯酸酯类阳离子基因载体,通过细胞实验和动物实验评价了载体的基因转染效率,对促进安全高效的非病毒基因载体的研制具有重要意义。乙醇胺(EA)功能化的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)衍生物基因载体(PGEA)由于含有丰富的仲胺和羟基基团,在不同的细胞系中,具有较高的转染效率和较低的细胞毒性。我们利用低分子量的PGEA对花-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(PBI)进行修饰,制备出一种带有荧光成像功能的双功能阳离子基因载体(PBI-PGEA)。这种载体材料在不同的细胞系中均能表现出较高的基因转染效率。此外,PBI-PGEA能够在2-5分钟内快速有效地完成对细胞的染色,并且在染色过程中不会产生明显的细胞毒性,避免了对细胞可能产生的副反应。根据相关报道,生物还原性的引入会提高基因载体的转染效率。本论文中,我们利用天然多糖Pullulan的肝细胞特异性以及具有生物还原性的双硫键,通过ATRP法成功地制备了具有良好生物相容性的可剪切的肝靶向性梳状阳离子基因载体,首先在普鲁兰的羟基上引入含有可生物还原双硫键的ATRP引发位点,随后通过ATRP反应引入PGMA侧链,最后通过醇胺(EA)功能化合成以普鲁兰多糖为骨架,可生物还原的肝靶向性梳状阳离子基因载体PuPGEA。该载体材料不仅具有优于阳离子基因载体的国际金标PEI的基因转染效率和细胞毒性,而且通过在不同细胞内吞抑制剂存在的情况下进行基因转染测试,发现PuPGEA系列载体材料具有肝细胞靶向性,通过溶血性测试,发现PuPGEA系列载体材料具有极好的血液相容性。在制备了具有较高转染效率和较低细胞毒性载体的基础上,我们又制备出了一种既能够传递基因又能够运送抗癌药物的双功能基因载体。首先利用简单的两步法在氧化石墨烯表面引入含有双硫键的ATRP引发位点,随后在其表面可控地引发甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合,制备一系列有机-无机杂化产物(SS-GPD),通过X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)表征氧化石墨烯以及SS-GPD纳米颗粒。与纯的氧化石墨烯片层和PDMAEMA均聚物相比,SS-GPD系列载体材料表现出更好的DNA缩合能力,更低的细胞毒性以及更高的转染效率。此外,氧化石墨烯片层可与带芳香环的抗癌药物10-羟基喜树碱(CPT)形成共轭结构,通过对细胞进行活性测试,发现SS-GPD系列材料可以很好地将药物运送到细胞内,因此其可被作为潜在的药物载体。心血管疾病是一直以来都是人类健康的头号杀手,居各种死亡原因首位,尽管有如他汀类药物、血管紧张素转化酶抑制剂以及B-受体阻滞药等治疗性药物,心血管疾病的发病率一直持续增长,因此需要开发新型的治疗手段。最近,有研究结果表明miR-29b的过表达可以减轻慢性肾脏疾病的纤维化、肺脏纤维化及心脏纤维化。我们之前的研究表明,EA功能化的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGEA)具有大量的仲胺基团,使其具有良好的基因传递效率,同时,由于其侧链上含有大量的羟基,使得材料的毒性较低,并且,特殊形状(如星型或梳状)阳离子聚合物与同等分子量的线性聚合物相比,具有更低的细胞毒性和更高的转染效率,在此基础之上,我们利用BIBB修饰的季戊四醇(PER)作为引发剂,与GMA进行ATRP聚合,合成星状聚合物star-like PGMA (s-PGMA),并通过后续的EA功能化,合成以PER为核心的星型阳离子聚合物基因载体s-PGEA,该载体在小鼠心脏成纤维细胞中具有较高的转染效率,并且,s-PGEA还可以与带有下调相关靶基因功能的miR-29b络合,形成均匀的纳米级复合体,通过静脉注射,使药物有效富集到小鼠的心脏部位,通过基因传递,使得miRNA发挥相应的下调功能,能有效减轻小鼠的心脏纤维化。此外,合成的载体材料与PEI相比,具有良好的生物相容性和抗蛋白吸附性,能延长其在体内的循环时间,进而提高载体在体内的效果。综上所述,通过原子转移自由基聚合的方法在不同的功能性材料上接枝甲基丙烯酸酯类聚合物,对构建新型多功能阳离子基因载体具有重要意