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核酸类药物和化疗药物作为临床常用的抗肿瘤药物，有效地提高了肿瘤患者的存活时间，但是，由于这些药物自身结构和性质的局限性，如，基因药物的电负性、分子量大、不稳定性，以及化疗药物的毒副作用等，大大限制了它们的临床转化和应用。尽管人们相继开发了多种多样的纳米递送系统，并在肿瘤靶向药物递送上取得了很大的进展，但是仍需大幅度提高体内靶向和细胞水平上的递送效率。本文基于肿瘤的微酸环境，针对小干扰RNA(siRNA)递送效率低的问题，研究了不同结构的pH敏感疏水段对两亲性阳离子聚合物载体的siRNA递送效率的影响，探讨了优化的载体结构在siRNA/药物共递送的肿瘤免疫治疗以及抗肿瘤多模式诊断治疗上的应用性能。
本文首先以甲基丙烯酸氨基乙酯(AMA)为阳离子单体，甲基丙烯酸二异丙基氨基乙酯(DPA-MA)为pH敏感疏水单体，聚乙二醇(PEG)为亲水段，通过活性聚合制备出三种组成相同但序列结构不同的嵌段共聚物，PEG-PAMA-PDPA(E-A-D)，PEG-PDPA-PAMA(E-D-A)和PEG-P(AMA/DPA)((E-(A/D))。体内外研究了疏水单元D在嵌段共聚物大分子链上的分布对siRNA递送效率的影响。实验发现：这三种阳离子聚合物自组装纳米粒都能成功负载siRNA，并且，在细胞水平上表现出了较高的siRNA递送效率和较低的细胞毒性，但是，E-(A/D)呈现出很高的溶血性。体内实验发现，E-A-DsiRNA的递送效率明显优于E-D-A的递送效率，这表明E-A-D这种结构单元分布的两亲性阳离子聚合物，有利于促进siRNA的体内外递送效率。
基于上述E-A-D型嵌段共聚物的结构优化，接下来探究了疏水段的pH敏感性(pKa)在siRNA递送中的贡献。我们分别以2-(五亚甲基亚氨基)乙基甲基丙烯酸酯(C6A-MA)、甲基丙烯酸2-(六亚甲基亚氨基)乙酯(C7A-MA)、甲基丙烯酸二异丙基氨基乙酯(DPA-MA)和甲基丙烯酸二丁基氨基乙酯(DBA-MA)为疏水单体，通过调节共聚单元及组成，合成了疏水段pKa分别为7.0，6.8，6.5，6.2，6.0，5.8，5.6和5.2的系列三嵌段阳离子聚合物EAAS。通过体外实验发现pKa在5.8-6.2范围的阳离子聚合物载体在siRNA逃逸和基因沉默效率上展现出了优势。并且，在瘤旁给药和静脉给药方式下，也展现出较好的基因沉默效率。
我们推测上述阳离子载体的疏水段pKa可能与疏水段在内涵体中的质子缓冲作用相关。为了揭示其作用机理，我们选用甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEA-MA)和甲基丙烯酸二戊基氨基乙酯(D5A-MA)的不同比例的无规共聚物为疏水段，通过调节二者的比例，获得了系列疏水段组成相同，但pKa不同的阳离子聚合物载体，PEG-PAMA-P(DEAx-co-D5Ay)((EAE5x/y)。依据细胞胞吞过程所经历的pH梯度范围，分析了EAE5x/y系列阳离子共聚物在pH6.5-7.4、pH5.5-6.5和pH4.5-5.5三个范围内的质子缓冲能力，并与其siRNA细胞内递送效率相关联。体外研究结果显示在pH5.5-7.4范围内有很强缓冲能力的EAE548/29和EAE539/37，逃逸能力也很强，进而介导出较高的基因沉默效率。体内实验发现，不管是静脉给药还是皮下给药，EAE539/37的基因递送效率都明显高于EAE548/29，其原因归结为EAE539/37的质子缓冲作用主要发生在pH5.5-6.5范围，合适的pKa和低的临界胶束浓度(CMC)保证了其体内递送具有更好的稳定性；而EAE548/29的质子缓冲作用主要发生在pH6.5-7.4区间，纳米粒体内递送过程中稳定性差，因此，体内递送效率较低。
为进一步提高递送效率并降低毒性，采用上述聚合物PEG-PAMA-PDPA，与磷脂酰胆碱和胆固醇进行共组装，构建了杂化阳离子脂质体，并共负载化疗药物阿霉素(DOX)和免疫检查点沉默基因siPD-L1，实现了化疗药物和基因药物的联合递送。研究结果表明，DOX能够通过PARP1通路成功诱导肿瘤细胞的免疫原性死亡，并成功激活体内免疫反应，可以预防肿瘤的肺部转移。体内预防实验模型发现，DOX引起的免疫原性死亡与免疫检查点的阻断能够起到很好的协同作用，并能成功抑制肿瘤的发生。体内抑瘤实验，证明该体系也能够发挥化疗药物诱导的免疫原性死亡与siPD-L1阻断PD-L1的协同作用，有效的抑制了肿瘤的生长。这种载体的设计为提高pH敏感载体的稳定性，及其用于基因与化疗药物的联合递送提供了有效方案。
最后，设计制备了可用于肿瘤成像和多模式治疗的pH敏感阳离子嵌段共聚物。对pH敏感材料进一步进行了疏水化修饰，采用活性聚合方法合成了系列PEG-PDPA-PBMA(EPB-x)三嵌段聚合物，并成功引入二硫键将吲哚青绿(ICG)键接在聚合物上。所制备的EPB-3-ICG1纳米粒，增强了肿瘤的富集，并通过响应肿瘤细胞内高浓度谷胱甘肽的还原性，实现了具有肿瘤特异性靶向的“OFF/ON”成像功能。此外我们还采用EPB-3或其与EPB-3-ICG1的共组装纳米粒，成功地共负载疏水化疗药物PTX和光敏剂(ICG或金棒)，用于肿瘤成像与光热治疗、化疗与光热治疗的多模态治疗，只需要一次静脉给药即可延长小鼠的存活时间。因此，EPB-3为实现抗肿瘤的多模式治疗提供了纳米递送平台。
本文首先以甲基丙烯酸氨基乙酯(AMA)为阳离子单体，甲基丙烯酸二异丙基氨基乙酯(DPA-MA)为pH敏感疏水单体，聚乙二醇(PEG)为亲水段，通过活性聚合制备出三种组成相同但序列结构不同的嵌段共聚物，PEG-PAMA-PDPA(E-A-D)，PEG-PDPA-PAMA(E-D-A)和PEG-P(AMA/DPA)((E-(A/D))。体内外研究了疏水单元D在嵌段共聚物大分子链上的分布对siRNA递送效率的影响。实验发现：这三种阳离子聚合物自组装纳米粒都能成功负载siRNA，并且，在细胞水平上表现出了较高的siRNA递送效率和较低的细胞毒性，但是，E-(A/D)呈现出很高的溶血性。体内实验发现，E-A-DsiRNA的递送效率明显优于E-D-A的递送效率，这表明E-A-D这种结构单元分布的两亲性阳离子聚合物，有利于促进siRNA的体内外递送效率。
基于上述E-A-D型嵌段共聚物的结构优化，接下来探究了疏水段的pH敏感性(pKa)在siRNA递送中的贡献。我们分别以2-(五亚甲基亚氨基)乙基甲基丙烯酸酯(C6A-MA)、甲基丙烯酸2-(六亚甲基亚氨基)乙酯(C7A-MA)、甲基丙烯酸二异丙基氨基乙酯(DPA-MA)和甲基丙烯酸二丁基氨基乙酯(DBA-MA)为疏水单体，通过调节共聚单元及组成，合成了疏水段pKa分别为7.0，6.8，6.5，6.2，6.0，5.8，5.6和5.2的系列三嵌段阳离子聚合物EAAS。通过体外实验发现pKa在5.8-6.2范围的阳离子聚合物载体在siRNA逃逸和基因沉默效率上展现出了优势。并且，在瘤旁给药和静脉给药方式下，也展现出较好的基因沉默效率。
我们推测上述阳离子载体的疏水段pKa可能与疏水段在内涵体中的质子缓冲作用相关。为了揭示其作用机理，我们选用甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEA-MA)和甲基丙烯酸二戊基氨基乙酯(D5A-MA)的不同比例的无规共聚物为疏水段，通过调节二者的比例，获得了系列疏水段组成相同，但pKa不同的阳离子聚合物载体，PEG-PAMA-P(DEAx-co-D5Ay)((EAE5x/y)。依据细胞胞吞过程所经历的pH梯度范围，分析了EAE5x/y系列阳离子共聚物在pH6.5-7.4、pH5.5-6.5和pH4.5-5.5三个范围内的质子缓冲能力，并与其siRNA细胞内递送效率相关联。体外研究结果显示在pH5.5-7.4范围内有很强缓冲能力的EAE548/29和EAE539/37，逃逸能力也很强，进而介导出较高的基因沉默效率。体内实验发现，不管是静脉给药还是皮下给药，EAE539/37的基因递送效率都明显高于EAE548/29，其原因归结为EAE539/37的质子缓冲作用主要发生在pH5.5-6.5范围，合适的pKa和低的临界胶束浓度(CMC)保证了其体内递送具有更好的稳定性；而EAE548/29的质子缓冲作用主要发生在pH6.5-7.4区间，纳米粒体内递送过程中稳定性差，因此，体内递送效率较低。
为进一步提高递送效率并降低毒性，采用上述聚合物PEG-PAMA-PDPA，与磷脂酰胆碱和胆固醇进行共组装，构建了杂化阳离子脂质体，并共负载化疗药物阿霉素(DOX)和免疫检查点沉默基因siPD-L1，实现了化疗药物和基因药物的联合递送。研究结果表明，DOX能够通过PARP1通路成功诱导肿瘤细胞的免疫原性死亡，并成功激活体内免疫反应，可以预防肿瘤的肺部转移。体内预防实验模型发现，DOX引起的免疫原性死亡与免疫检查点的阻断能够起到很好的协同作用，并能成功抑制肿瘤的发生。体内抑瘤实验，证明该体系也能够发挥化疗药物诱导的免疫原性死亡与siPD-L1阻断PD-L1的协同作用，有效的抑制了肿瘤的生长。这种载体的设计为提高pH敏感载体的稳定性，及其用于基因与化疗药物的联合递送提供了有效方案。
最后，设计制备了可用于肿瘤成像和多模式治疗的pH敏感阳离子嵌段共聚物。对pH敏感材料进一步进行了疏水化修饰，采用活性聚合方法合成了系列PEG-PDPA-PBMA(EPB-x)三嵌段聚合物，并成功引入二硫键将吲哚青绿(ICG)键接在聚合物上。所制备的EPB-3-ICG1纳米粒，增强了肿瘤的富集，并通过响应肿瘤细胞内高浓度谷胱甘肽的还原性，实现了具有肿瘤特异性靶向的“OFF/ON”成像功能。此外我们还采用EPB-3或其与EPB-3-ICG1的共组装纳米粒，成功地共负载疏水化疗药物PTX和光敏剂(ICG或金棒)，用于肿瘤成像与光热治疗、化疗与光热治疗的多模态治疗，只需要一次静脉给药即可延长小鼠的存活时间。因此，EPB-3为实现抗肿瘤的多模式治疗提供了纳米递送平台。