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基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，从而达到治疗目的。但是，目前基因治疗遇到诸多挑战，其中最大的挑战是如何获得高效安全的基因输送载体。基因载体分为病毒载体和非病毒载体。相对于病毒载体，非病毒载体具有安全性能高和可大规模应用的优点，但其基因表达效率低，且体内体外基因转染效率不一致。本文的工作目标是制备适于体内应用且具有体内高转染效率的新型基因输送体系。
聚乙烯亚胺(PEI)在体外具有高转染效率，已被广泛用于体外基因输送。但PEI与DNA形成的复合物(polyplexes)带正电荷，与血液中蛋白质有非特异性相互作用，导致血液浓度半衰期短。在复合物表面通过静电相互作用包裹一层带负电的聚合物可以降低这种非特异性作用，但带负电荷的聚合物会与DNA竞争络和PEI，导致复合物稳定性变差，复合物在血液中就有可能解开。同时，PEI与DNA之间强的静电相互作用，使他们的复合物在细胞核中不容易解开，因此DNA不容易被表达。
本工作的设计思路是：PEI与DNA复合后通过细胞内可断裂键进行高度交联，然后包裹聚阴离子聚合物。因此，即使聚阴离子聚合物与PEI作用，DNA也不会被释放出来；而在细胞内，交联键断裂后，由于聚阴离子与PEI的竞争络和，使DNA容易被释放出来，从而使DNA容易被表达，提高基因转染效率。本论文以PEI为基础，设计了交联的PEI/DNA复合物，并用聚阴离子对PEI/DNA复合物表面进行修饰，形成“三明治”型基因输送体系，初步探讨了它们的体内基因输送的能力。
第一个工作是肝素(HP)包埋的可逆交联PEI/DNA复合物作为体内靶向基因输送体系。首先制备了PEI/DNA复合物，并用二硫键对该复合物进行交联，交联后的复合物更加稳定。再用肝素包埋该复合物，形成HP/PEI/DNA复合物，其纳米粒径在100nm左右，在血清和高盐溶液中具有良好的稳定性，且细胞毒性低。考察了该基因输送体系在体内肿瘤部位基因转染效率，将带有EGFP报告基因的质粒转染接种有人源乳腺癌的裸鼠，结果检测到裸鼠肿瘤部位高度表达绿色荧光蛋白，并通过免疫组化实验证实，表明该基因输送体系具有在体内应用的潜力。
第二个工作是用透明质酸(HA)包埋的PEI-Dexa/DNA复合物。HA具有良好的“不黏附”性能，阻止复合物的非特异性作用，但它良好的“不黏附”性能也使得复合物很难进入细胞。有些肿瘤细胞高表达HA受体，因此，HA包裹的复合物可通过受体介导的细胞内吞进入肿瘤细胞。地塞米松(Dexa)具有核靶向能力，因此引入Dexa到复合物上来可进一步提高其入核能力。因此，制备了HA包埋的PEI-Dexa/DNA复合物。首先将Dexa共价连接到PEI(MW25 kDa)链上，考察了地塞米松的引入对细胞毒性和细胞转染效率的影响。结果表明，地塞米松修饰后，细胞毒性有所降低但转染效率可能由于Dexa的屏蔽作用较PEI(MW25 kDa)略降低。其次，用透明质酸包埋形成的HA/PEI-Dexa/DNA复合物对高表达HA受体的细胞株的转染效率高于HA受体阴性的细胞株，表明HA的引入对HA受体阳性的细胞的转染具有促进作用。
第三种是用阴离子脂质体包埋PEI/DNA复合物。本工作目的是初步探讨利用脂质体与细胞膜融合的能力制备模拟病毒体的基因输送体系。初步制备了阴离子脂质体包埋的Lipid/PEI/DNA复合物，发现颗粒表面携带负电荷，具有体内应用的潜力，但由于该基因输送体系表面带强的负电性，即使加入靶向基团叶酸，在细胞水平的转染效率仍然很低。因此，还需对阴离子脂质体的种类等进行优化，以获得转染效率高的基因输送体系。