本研究论文主要以具有生理活性的天然氨基酸、乳糖酸、胆固醇及含有二硫键结构的胱胺为构筑砌块，分子设计、合成制备了系列新型结构的水溶性阳离子功能大分子和两亲嵌段功能大分子。进一步围绕基因/药物的细胞内输送以及相关细胞生物学机制研究目标，以合成制备所得的系列水溶性阳离子大分子应用作为非病毒性基因载体，研究探索了其与质粒DNA(pDNA)的相互作用以及基因/载体复合物在体外多细胞系的基因输送行为以及相关输送机制。在此基础上，以合成制备所得的系列两亲嵌段功能大分子自组装胶束为载体，研究了功能大分子中环境响应性砌块以及胆固醇砌块对载药大分子胶束的自组装、解组装及体外药物释放行为的影响。本论文的研究内容主要包括以下五个部分:　　一、精氨酸修饰的系列新型聚(ω-氨基己基甲基丙烯酰胺)(PAHMAA-R)阳离子功能大分子的设计合成及其作为非病毒性基因载体的应用研究　　为了仿生模拟富含精氨酸残基结构的多肽寡聚物，本文以Boc保护的ω-氨基己基甲基丙烯酰胺单体(Boc-AHMAA)和精氨酸(Arg)修饰砌块，首先采用RAFT聚合方法，合成制备了系列分子量的P(AHMAA-Boc)大分子，并进一步以平均聚合度((DP))约为30的产物为大分子前体，通过ω-氨基端基偶联精氨酸功能砌块，合成制备得到系列ω-氨基精氨酸修饰率的新型水溶性阳离子功能大分子PAHMAA-Rn(其n为大分子中精氨酸的修饰数目，分别约为7、16、22)。在此基础上，运用1H/13C NMR、GPC和FT-IR等分析表征手段，对合成制备所得系列大分子P(AHMAA-Boc)和PAHMAA-R的结构进行了表征。　　以制备所得系列阳离子大分子PAHMAA-R为非病毒性基因载体，运用琼脂糖凝胶电泳、动态光散射(DLS)、原子力显微镜(AFM)等分析表征手段，研究了精氨酸修饰所得阳离子大分子PAHMAA-R与pDNA的结合力及载体大分子/pDNA复合物粒子的拓扑形貌、平均尺度、表面电势。分别采用MTT和乳酸脱氢酶(LDH)评价方法，研究了PAHMAA-R阳离子大分子的体外细胞毒性和细胞膜破坏能力。进一步以所得PAHMAA-R为基因载体，采用荧光素酶(Luciferase)报告基因和绿色荧光蛋白(GFP)基因，系统地研究了COS-7和HeLa细胞在无血清条件下的基因转染行为，并运用流式细胞术研究了基因输送相关的载体/基因复合物细胞内吞效率。结果表明与PAHMAA相比较，所得系列精氨酸修饰的PAHMAA-R载体的基因转染效率及载体/基因复合物细胞内吞能力显著提升，且与精氨酸砌块的修饰及修饰率紧密相关。　　进一步以实验中呈现最优基因转染及载体/基因复合物细胞内吞效率的大分子PAHMAA-R16载体为研究对象，通过COS-7细胞中载体/荧光标记pDNA复合物的细胞内荧光共定位及内吞途径选择性抑制实验，研究了载体/pDNA复合物的细胞内吞途径和胞内输送机制。研究结果表明复合物粒子主要以小窝蛋白介导的内吞方式高效地进入细胞内，并且具有绕核分布的现象，同时发现其输送机制与细胞内高尔基体-内质网途径以及内涵体/溶酶体相关。　　二、精氨酸、组氨酸协同修饰的系列新型PAHMAA-R-阳离子功能大分子的设计合成及其作为非病毒性基因载体的应用研究　　为了增强精氨酸修饰大分子PAHMAA-R内涵体/溶酶体逃逸能力，进一步以组氨酸(His)和精氨酸为修饰砌块，采用与PAHMAA-R相似的制备方法，合成得到系列DP约为31，ω-氨基端基精氨酸和组氨酸协同修饰的新型阳离子功能大分子PAHMAA-Rm-Hn（其中m、n分别为大分子中精氨酸、组氨酸的修饰数目，m分别约为18、25，n分别约为3、6、9）。在此基础上，运用1H NMR、凝胶渗透色谱-静态光散射连用(GPC-SLS)和FT-IR等分析表征方法对系列PAHMAA-R-H大分子的结构进行了表征研究。　　对制备所得阳离子大分子PAHMAA-R-H，首先采用酸碱滴定研究了其质子缓冲能力。运用琼脂糖凝胶电泳、DLS、AFM等分析表征方法，研究了系列PAHMAA-R-H大分子作为非病毒性基因载体的pDNA结合能力、载体/基因复合物的尺寸、形貌以及表面电势等。进一步运用MTT和LDH法评价了系列PAHMAA-R-H大分子的细胞毒性和细胞膜破坏能力。在上述基础上，以系列PAHMAA-R-H大分子为基因转染载体，采用Luciferase报告基因，研究了H1299细胞中基因转染行为。结果表明该系列功能大分子载体的基因转染效率与精氨酸/组氨酸协同修饰比例密切相关，在有或无血清条件下，PAHMAA-R18-H6和PAHMAA-R25-H6大分子载体均呈现出高于PAHMAA-R18及bPEI-25K参照的基因转染效率。　　进一步采用流式细胞术研究了系列PAHMAA-R-H大分子载体/基因复合物的细胞内吞效率。以呈现最优基因转染效率和细胞内吞效率的PAHMAA-R18-H6、PAHMAA-R25-H6及PAHMAA-R18参照为基因转染载体，通过细胞内吞途径选择性抑制实验，研究了H1299细胞对大分子载体/pDNA复合物的细胞内吞以及胞内输送机制。结果表明上述三种大分子载体/基因复合物趋于以小窝蛋白介导的内吞方式进入细胞，且H1299细胞内的输送途径与内涵体/溶酶体相关。在此基础上，运用细胞内免疫荧光共定位方法，证实了PAHMAA-R18-H6大分子载体/pDNA复合物在细胞内具有一定程度的内涵体/溶酶体逃逸能力。　　三、精氨酸、乳糖酸协同修饰的新型PAHMAA-R-La阳离子功能大分子的制备及其作为非病毒性基因载体的应用研究　　为了进一步优化精氨酸修饰PAHMAA-R基因载体性能，采用乳糖酸(La)、精氨酸协同修饰(DP)为31左右的PAHMAA大分子前体，其中ω-氨基端基精氨酸修饰率为60％、乳糖酸修饰率约为7％，制备得到水溶性阳离子功能大分子PAHMAA-R18-La。　　运用琼脂糖凝胶电泳、DLS、AFM等分析方法，研究了PAHMAA-R18-La大分子作为基因载体与pDNA的结合能力、载体/基因复合物拓扑形貌及表面电势等，并采用MTT法评价了PAHMAA-R18-La大分子的细胞毒性。进一步以PAHMAA-R18-La为基因载体，采用Luciferase报告基因和绿色荧光蛋白基因，研究了人肝癌HEP-SK-1细胞及H1299、HEK293T等非肝癌细胞的体外基因转染效率，并同时采用流式细胞术研究了其与基因复合物的细胞内吞能力。结果表明，与PAHMAA-R18相比，PAHMAA-R18-La大分子载体在多种细胞系中有或无血清条件下基因转染效率和细胞内吞能力均显著提高，并呈现出优异的耐血清性能。　　为了进一步阐明乳糖酸砌块对协同修饰所得PAHMAA-R18-La载体基因转染的影响机制，设计采用乳糖酸竞争试验研究了游离乳糖酸对PAHMAA-R18-La载体在HEP-SK-1细胞中基因转染的影响，结果表明PAHMAA-R18-La载体的基因转染效率受游离乳糖酸影响不显著。同时采用蓖麻凝集素(RCA120)凝集实验研究了PAHMAA-R18-La/pDNA复合物粒子中乳糖酸砌块与RCA120的结合能力，结果发现该载体/基因复合物与RCA120结合效率低。在此基础上，运用细胞内吞途径选择性抑制及免疫荧光共定位方法，分别研究了PAHMAA-R18-La和PAHMAA-R18与pDNA复合物的SK-HEP-1细胞内吞和胞内输送相关机制，结果表明上述两载体/基因复合物趋向于以小窝蛋白介导的内吞方式进入细胞内，且细胞内输送机制均与caveolin-1蛋白及溶酶体相关。　　四、具有还原响应性、含胆固醇侧基的新型两亲二嵌段三组分功能大分子P(OEGMA)-6-P（ACMAA-TFA-stat-MAChol）的合成制备及其自组装胶束作为药物载体的研究　　以胱胺为功能砌块设计合成了含二硫键的单体Boc-ACMAA，进一步在THF中采用RAFT聚合法活性聚合得到系列分子量的P(ACMAA-Boc)大分子。在此基础上，脱除Boc保护基得到系列新型P(ACMAA-TFA)大分子。运用尼罗红(NR)荧光探针法以及DLS、透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段研究了系列P(ACMAA-TFA)大分子在PBS缓冲液中的临界聚集浓度(CAC)、pH诱导的大分子自组装及其自组装胶束的溶液还原响应性解组装行为。　　在Boc-ACMAA单体活性RAFT聚合的基础上，进一步设计制备了平均聚合度（DP）为25的聚(甲基丙烯酸齐聚乙二醇酯)[P(OEGMA)]大分子RAFT试剂，并以其继续引发含胆固醇结构的MAChol单体和Boc-ACMAA单体的无规共聚合，制备得到系列两亲二嵌段三组分P(OEGMA)-b-P(ACMAA-TFA-stat-MAChol)功能大分子。在此基础上，采用1HNMR、GPC和FT-IR等分析手段对其结构进行了表征。　　运用示差扫描量热仪(DSC)研究了制备所得系列P(OEGMA)-b-P(ACMAA-TFA-stat-MAChol)大分子的热物理性质，并采用荧光探针、DLS和AFM等表征方法研究了所得两亲二嵌段三组大分子的溶液自组装行为、自组装体的形貌及其稳定性。进一步以NR和阿霉素(DOX)为疏水药物模型，研究了制备所得两亲嵌段大分子胶束药物负载效率及载药胶束体系在体外的释放行为，并考察了该系列大分子药物载体的细胞毒性。实验结果表明，胆固醇砌块的存在有利于提高大分子胶束载体的载药效率，并且ACMAA-TFA共聚单体含量的增加促进载药胶束在还原性环境中的药物释放。　　五、含有胆固醇砌块和还原响应性二硫键核交联大分子胶束的设计、合成制备初探　　为了提高大分子胶束的稀释稳定性，在上述系列制备所得两亲嵌段功能大分子的基础上进一步探索了还原响应性二硫键交联大分子胶束的制备方法。首先在P(OEGMA)-6-P（ACMAA-TFA-stat-MA Chol）大分子的ACMAA-TFA共聚单体ω-氨基处引入巯基基团，通过巯基氧化偶联形成二硫键，制备得到核交联的胶束。在此基础上，进一步运用DLS分析了制备所得核交联胶束在稀释及还原条件下的尺寸及其分布。研究结果表明采用DMSO作为共溶剂时，可通过调控引入巯基基团的数量控制大分子胶束交联度，制备得到尺寸单分散的核交联大分子胶束，其具有良好的结构稳定性、还原响应性，为进一步探索结构稳定的还原响应性大分子胶束载药体系提供了基础。