阳离子聚合物在药物和基因递送系统中发挥着重要的作用,是目前药物递送系统研究的热点。阳离子聚合物可以通过其正电荷属性负载负电荷的药物和基因,递送其进入靶细胞,发挥药物或基因的功能,达到治疗疾病的目的。但是常见的阳离子聚合物不具有病灶位点特异性的输送能力,限制其更好地发挥功能,因此环境响应型的阳离子聚合物应运而生。环境响应型阳离子聚合物可以对外界环境中微小的刺激信号(比如pH、氧化还原、温度、光和磁性等环境条件)产生灵敏、快速的响应,从而在结构和物理化学性能上发生改变,达到特异位点输送的作用。因此根据病灶位点的特殊微环境,可以设计和制备具有环境响应型阳离子聚合物,提高药物和基因的递送、靶向效率,从而达到治疗的效果。在环境响应型材料中,氧化还原响应型阳离子聚合物具有谷胱甘肽浓度响应性被广泛应用于肿瘤微环境药物和基因递送。根据鼻粘膜表面和肿瘤位点的特殊环境,本论文设计合成了一种氧化还原响应型超支化聚酰胺胺(PAA)用于基因和疫苗的递送,同时为了研究环境响应型阳离子聚合物与细胞的相互作用,本论文还研究了温度响应型聚异丙基丙烯酰胺聚合物的细胞安全性和细胞内吞机制。1.氧化还原型聚酰胺胺用于鼻粘膜疫苗递送系统近年来,由于阳离子聚合物高的细胞渗透能力,被认为具有用于疫苗递送系统的潜在应用价值。通过二硫键交联的氧化还原响应型阳离子聚合物可以对细胞内高水平的谷胱甘肽产生响应,从而在细胞质内降解,释放抗原引起免疫应答,被认为适用于疫苗递送系统。在本论文中,我们评估了氧化还原响应型生物可降解阳离子聚合物聚酰胺胺(PAA)作为粘膜免疫疫苗递送系统的作用。首先,从PAA与模型抗原卵清蛋白(OVA)的相互作用,我们发现,PAA可以很好的包封抗原,增加抗原被细胞内吞的量,刺激树突状细胞DC2.4的激活和成熟,延长抗原在鼻腔的停留时间,并促进抗原渗透进入粘膜下层。然后,我们使用PAA递送禽流感病毒H7N9的表面抗原血凝素(HA)通过鼻粘膜免疫Balb/c小鼠。研究发现,PAA/HA复合物可以显著诱导产生高水平地系统的IgG抗体和粘膜特异的IgA抗体应答,促进脾细胞增殖,提高脾细胞分泌细胞因子IFN-γ和IL-4的水平,促进产生高水平CD4+和CD8+记忆T细胞,并且有更多表达MHCⅡ分子的树突状细胞产生。以上结果表明,氧化还原响应型阳离子聚合物PAA作为疫苗递送载体可以诱导产生高水平的细胞免疫和体液免疫。特别是,相比较于已报到的其它阳离子聚合物,PAA引起更高水平的细胞免疫。所以PAA有望作为一种有效地临床使用的粘膜疫苗递送载体。2.氧化还原型聚酰胺胺递送siRNA用于肺癌治疗在基因载体递送功能基因的肿瘤治疗研究中,基因载体的生物安全性和靶向递送能力是决定最终治疗效果的两个重要因素。本论文中,合成具有良好生物安全性和生物可降解性的氧化还原响应型PAA,并应用于基因递送。此外,通过酰胺化反应将肿瘤组织特异浸润多肽iRGD功能化修饰于PAA表面,形成PAA-iRGD基因载体。然后选用肺癌细胞H1299评估PAA-iRGD的细胞毒性和细胞内吞,发现PAA-iRGD具有低的细胞毒性和高的细胞内吞效率。表皮生长因子受体(EGFR)是肺癌恶性增长的一个重要调节基因,使用EGFR的siRNA(siEGFR)干扰EGFR的表达可以有效地抑制肿瘤细胞的生长,本论文中通过PAA-iRGD递送siEGFR,在体内和体外水平研究其干扰EGFR表达、细胞凋亡、抗增殖和抗肿瘤的作用。研究表明相比较于PAA/siEGFR和PEI/siEGFR,PAA-iRGD/siEGFR可以显著提高靶基因沉默能力,显著地抑制H1299细胞增殖和迁移的能力,并且显著诱导H1299细胞的凋亡。此外,尾静脉注射PAA-iRGD/siEGFR,从体内水平研究发现其可以有效抑制肺癌的生长。以上结果说明具有良好的生物相容性、生物可降解和靶向能力的PAA-iRGD可以作为一种有前景的基因递送载体用于肿瘤治疗。3.温度响应型聚异丙基丙烯酰胺的细胞安全性和内吞机制温度响应型聚异丙基丙烯酰胺被广泛用于药物/基因递送系统、智能开关设备、传感器和诊断技术等领域。为了促进聚异丙基丙烯酰胺在前临床和临床应用,对聚异丙基丙烯酰胺与细胞的相互作用和生物安全性的研究是必不可少的。在本论文中,我们选用RAW264.7、HBE、A549和HUVEC细胞,通过研究聚异丙基丙烯酰胺引起的细胞毒性、一氧化氮含量变化和细胞凋亡情况,评价其细胞安全性。然后通过使用流式细胞仪和激光共聚焦扫描显微镜,研究聚异丙基丙烯酰胺的细胞内吞机制和细胞内定位。结果表明聚异丙基丙烯酰胺具有良好的细胞安全性,并且在不同细胞系中具有不同的细胞内吞途径。在RAW264.7细胞中主要通过巨胞饮的内吞途径进入细胞,在HBE、A549和HUVEC细胞中主要通过包膜窖介导的细胞内吞途径进入细胞,最后聚异丙基丙烯酰胺与细胞内溶酶体发生共定位。这一研究成果为聚异丙基丙烯酰胺在生物医学领域的进一步应用提供了重要的信息。