基因治疗是一种为病人体细胞提供所需的基因物质,使其能够产生纠正或调节疾病的特异性蛋白的方法.近年来,越来越多的基因治疗研究已经在基础研究和临床研究方面取得巨大的进展.这些研究进展使基因治疗有希望成为治疗遗传或后天疾病(如心血管病和癌症等)的有效手段.自从科学家成功完成人类基因组序列图后,基因治疗从治疗基因的克隆研究转移到了基因传递的研究.在基因治疗领域中,基因传递系统被用来将编码治疗蛋白序列的外源DNA引入到靶向细胞内,使之得到有效表达.目前已经发展了几种基因传递系统来促进体外或体内的基因表达.其中,病毒载体转染效率高,被用于首例人类基因治疗实验.然而,病毒载体的安全隐患(包括免疫原反应以及病毒自我复制的风险)和复杂昂贵的制备过程都限制了病毒载体的使用.这些不足促使人们致力于发展非病毒基因传递系统,如阳离子脂质体,聚合物及其它机械或电子相关的基因传递系统.在非病毒基因传递系统中,新型的生物相容的高分子基因载体得到了越来越多的关注.尽管高分子基因载体在安全,免疫原反应和突变方面优越于病毒载体,但通常高分子基因载体的细胞毒性较高,转染效率较低.高分子载体用于基因治疗的主要限制因素在于不能有效的介导质粒DNA在细胞内进行传递(质粒DNA逃逸出内涵体,传递到细胞质,并进入细胞核进行表达).因此,第一章探索了质粒DNA在细胞内、外的传递过程中所遇到的一系列障碍,并详细介绍了针对细胞内、外的传递障碍,新型高分子基因传递系统的设计以及最近所取得的进展,最后指出设计更加安全有效的高分子基因载体的新方向.有效的基因传递要求载体能够有效帮助DNA从内涵体中释放到细胞质中.这个过程被认为是多数聚阳离子介导的基因传递的限制因素.为了克服这个障碍,第6章合成了一系列含有咪唑基团的PPA载体(咪唑-PPA结合体).这样设计的出发点是通过伯氨基结合DNA,通过咪唑基团的质子海绵效应帮助DNA从内涵体中逃逸.利用<1>H NMR表征它们的化学结构和聚合物中咪唑基团的含量.咪唑基团的引入提高了PPA载体在pH5~7范围内的缓冲能力,同时降低了PPA载体的细胞毒性.然而,凝胶电泳结果显示引入的咪唑基团削弱了PPA与DNA的静电相互作用.我们通过理论计算发现,结合咪唑基团后,PPA的净正电荷显著减少,导致咪唑-PPA结合体结合DNA的能力降低.而且光散射结果表明,咪唑基团的引入增大了PPA/DNA复合物的粒径,减小了zeta电位,从而显著降低了转染效率.因此必须优化咪唑-PPA结合体的分子设计,既能保持有利的缓冲能力和较低的毒性,又不丧失载体结合DNA的能力.