基因和蛋白质治疗是一种新兴的疾病治疗手段,它相比于传统的治疗方法,具有靶向性强,副作用小,治疗效果明显等优势,因此成为当今生物医学领域的研究热点。基因和蛋白质自身很难进入细胞,在实际应用过程中需要载体来递送。阳离子高分子是当前研究最多的一类基因和蛋白质载体。然而,这些高分子载体普遍存在转染效率不高,毒副作用大等问题,因而需要对其进行各种功能化修饰来改善这些载体的性能。常用的高分子载体改性方法包括脂肪链修饰,糖基化修饰.,氨基酸修饰,小肽和蛋白质修饰,纳米材料修饰等。但这些修饰方法无法从根本上解决阳离子高分子转染过程中带来的细胞毒性等问题。因此,开发高效、低毒的基因和蛋白质载体一直是该研究领域亟待解决的关键问题。氟化修饰是一种改善阳离子高分子基因转染效率的新策略。这种方法修饰的高分子材料可以在极低的氮磷比条件下实现高效基因转染,低氮磷比也会降低复合物表面的电荷密度,从而缓解阳离子高分子对细胞的毒副作用。但是,氟化修饰的高分子材料要获得高转染效率往往需要在高分子表面接枝高比例的含氟脂肪链,这样会带来一系列的问题。比如,高表面接枝率会造成高分子表面产生严重的空间位阻,影响高分子材料与核酸分子结合,也限制了在高分子材料上进行其它的功能化修饰；另外,接枝大量的含氟脂肪链也可能会产生严重的细胞毒性。本论文针对这些问题,拟采用在高分子表面修饰含双氟链的化合物来使得高分子可以在低接枝率条件下实现高转染效率。即在不同的高分子材料表面修饰2-氯-4,6-双[3-(全氟己基)丙氧基]-1,3,5-三嗪(CBT),探索其作为DNA, siRNA和蛋白质载体的可行性。论文的主要研究结果介绍如下：在不同代数(Generation, G)的聚酰胺-胺树形高分子(PAMAM)和分子量为1800 Da的支化聚乙烯亚胺(bPEI1.8K)上修饰不同比例的CBT分子,并通过茚三酮和氟元素分析等方法表征这些材料表面CBT的平均接枝数量。所得材料分别定义为GI-CBT1.9, G2-CBT1.5,G5-CBTi.3和bPEI1.8K-CBTi.3 (CBT后的数字下标为CBT的平均接枝数)。研究结果表明所有CBT修饰的高分子材料均可以紧密结合DNA。仅仅修饰1-2条CBT后,所有的高分子材料转染绿色荧光蛋白和荧光素酶的效率均大幅提高。其中,GI-CBT1.9的转染效率提高最为显著,在HEK293细胞中的转染效率达到了70%以上,与商业化转染试剂Lipofectamine2000近乎相当,显著优于SuperFect和PolyFect。这些CBT修饰的高分子材料除了高转染效率外,在转染条件下几乎未对细胞产生细胞毒性。除了具有较高的DNA转染能力,CBT修饰的高分子材料还能够有效递送siRNA。比如,G1-CBT1.9, G2-CBT1.5, G5-CBT1.3和bPEI1.8K-CBTi.3在稳定表达荧光素酶的HeLa和MDA-MB-231细胞中均能有效干扰荧光素酶基因的表达水平,而且在RNA干扰过程中未检测到脱靶现象。其中,GI-CBT1.9的RNA干扰效率与Lipofectamine 2000相当,而且基因沉默过程中细胞毒性更低。GI-CBT1.9不仅在体外具有较高的RNA干扰水平,在小鼠体内也展示了一定的基因沉默能力,显著优于未进行CBT修饰的G1树形高分子材料。这一结果表明GI-CBT1.9具有作为潜在的基因治疗载体的可能。虽然氟化修饰的高分子材料作为DNA和siRNA的递送载体已有相关报道,但是其作为蛋白质载体的可行性还未进行探索。研究结果表明GI-CBT1.9, G2-CBT1.5和bPEI1.8K-CBTi.3均可将修饰绿色荧光素的牛血清蛋白(BSA-FITC)递送进HeLa细胞。三种载体中,GI-CBT1.9对BSA-FITC递送效率最高,这与前面DNA和siRNA的转染结果一致,表明GI-CBT1.9递送这几种生物分子采用了类似的机理。除了BSA-FITC之外,GI-CBT1.9还可以将β-半乳糖苷酶(β-Galactosidase,β-Gal)递送进入细胞质中。综上所述,本论文提供了一种新的氟化修饰方法用于改善阳离子高分子对基因和蛋白质的递送性能。相对于传统的含氟脂肪链修饰,双氟链修饰法可以在极低的氟链接枝率(1-2条CBT分子)条件下实现高效、低毒的基因和蛋白质转染。这种方法简单易行,具有较高的商业化应用前景。该研究进一步完善了氟化修饰高分子的基因递送系统,并且拓展了氟化高分子在蛋白质递送中的应用。