目前,多功能刺激响应性聚合物材料已被广泛应用于药物载体和基因载体递送体系。这是由于在人体内不同组织以及细胞内pH值和谷胱甘肽浓度具有差异性,例如血液及正常组织部位的pH值约为7.4,而肿瘤细胞中核内体和溶酶体的pH为4.5～6.5;此外,肿瘤组织和肿瘤细胞内部的谷胱甘肽浓度几乎可以达到正常组织的1000倍以上;这就为构建pH和还原响应性药物载体提供了先决条件,能够实现在肿瘤细胞内快速响应,释放出原药,从而抑制癌细胞的增殖。因此,构建多重刺激响应性聚合物前药在治疗癌症方面具有较好的应用前景。而药物与基因组合治疗不仅能够避免耐药性,还能有效地提高基因和药物的生物利用率,减少化疗药物的系统毒性和剂量,从而降低患者的痛苦。本论文采用开环聚合(ROP)、原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以及“点击”化学联用的方法,制备具有pH/还原双响应性的壳交联聚合物前药、叶酸靶向和pH响应性的聚两性离子前药用于治疗癌症;设计出高效率药物和基因载体,用于实现药物和基因的组合治疗。本论文的研究内容主要分为以下四个部分:(1)一锅法制备pH/还原响应性聚合物前药以及构建壳交联聚合物前药纳米粒子用于药物传递的研究。本文报道了一种新型pH/还原响应性动态共价壳交联胶束,该胶束是由一种多功能聚合物前药自组装而形成。首先,由开环聚合制备大分子引发剂PBYP-ss-iBuBr,其中,BYP代表2-炔丁氧基-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷。随后,将ATRP和Cu(I)催化的叠氮-炔环加成反应(CuAAC)相结合,以甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)、2-甲基丙烯酸酯-4-对醛基苯甲酸羟乙酯(FBEMA)以及含叠氮基的阿霉素衍生物(DOX-hyd-N3)为反应原料,通过一锅法得到PBYP-hyd-DOX-ss-P(DMAEMA-co-FBEMA)聚合物前药。对聚合物前驱体和聚合物前药的化学结构进行了充分表征。在自组装形成的聚合物前药纳米粒子中加入二硫代丙二酰肼(DTP),形成壳交联聚合物前药胶束(SCL)。与未交联的聚合物前药胶束相比,SCL前药胶束能增强稳定性,防止药物在血液循环过程中发生泄漏。利用动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)分别对SCL前药胶束的平均粒径和形貌进行检测。SCL前药胶束在偏酸性和/或还原性微环境下会发生解离,即在肿瘤内涵体/溶酶体的pH介质或高GSH介质中发生解离。通过DOX控制释放实验也证明了 SCL前药胶束具有pH/还原响应性。细胞毒性和细胞内吞实验揭示了 SCL前药胶束可通过内吞作用迅速进入到肿瘤细胞中,在细胞内能够释放DOX,有效抑制细胞增殖。本研究为制备多功能抗肿瘤聚合物前药提供了一种快速、高效的合成方法,所制备的聚合物前药对于治疗肿瘤具有良好的应用前景。(2)叶酸靶向和pH响应性的两性离子屏蔽聚合物前药用于药物载体。采用RAFT聚合、席夫碱反应以及点击化学反应相结合,利用DOX分子结构中的氨基官能团与P(MPC-co-PEGMA-BZ)聚合物侧链的醛基反应,合成了叶酸靶向的聚合物前药,缩写为 FA-P(MPC-co-PEGMA-BZ)-g-DOX。其中,MPC 和 PEGMA-BZ 分别是 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和甲基丙烯酸酯聚乙二醇对醛基苯甲酸酯。聚合物前药能够在水溶液中自组装成纳米粒子。采用DLS和TEM分别对聚合物前药纳米粒子的平均粒径和形貌进行检测。我们还对其体外控制释放行为进行研究,在弱酸性微环境下,聚合物前药纳米粒子能够发生快速解离并释放出药物。利用MTT实验证明,P(MPC-co-PEGMA-BZ)共聚物具有良好的生物相容性,FA-P(MPC-co-PEGMA-BZ)-g-DOX前药纳米粒子比没有叶酸靶向的聚合物前药纳米粒子具有更高的细胞摄取率。进一步利用细胞毒性和内吞实验证明,由于多价磷酸化胆碱(PC)基团与细胞膜具有强烈相互作用,FA-P(MPC-co-PEGMA-BZ)-g-DOX前药纳米粒子能够在HeLa细胞表面富集并快速被内吞进去。这类具有靶向和pH响应性的多功能聚合物前药纳米粒子,在肿瘤化疗方面显示出良好的应用潜力。(3)基于聚甲基丙烯酸缩水甘油酯构建高效基因载体。首先,我们利用RAFT聚合制备聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA),然后利用其分别与乙醇胺(EA)、异丙醇胺(AP)和N-羟乙基乙二胺(HA)进行开环反应,得到三种侧链含有羟基和胺基的聚甲基丙烯酸酯类基因载体,分别简写为PGEA、PGAP和PGHA。利用核磁共振氢谱(1HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、X射线光电子能谱(XPS)以及傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对合成的三种聚合物的化学结构以及元素含量进行表征。随后,三种聚合物能够在水中完全溶解,与基因完全复合,形成聚合物/基因复合物;通过凝胶阻滞电泳对不同氮磷比的聚合物/基因复合物压缩基因的能力以及复合物在负电荷环境下的稳定性进行验证。与此同时,采用细胞毒性测试和活细胞工作站对不同浓度的聚合物以及不同氮磷比的聚合物/基因复合物进行生物学性能评价。结果表明,所设计的三种阳离子聚合物具有较好的生物相容性,聚合物/基因具有较好的细胞转染效率和抑制肺癌细胞增殖的能力,而PGHA/p53复合物的转染效率要比其余两种聚合物/基因复合物的转染效率要高。因此,初步实验结果可以表明所构建的阳离子聚合物作为基因载体具有广阔的应用前景。(4)阳离子共聚物PCL-ss-P(GHA-co-PEGMA)用于共载阿霉素和p53基因。首先,利用ROP和RAFT相结合,制备出PCL-ss-P(GMA-co-PEGMA)聚合物;然后,利用N-羟乙基乙二胺(HA)对聚合物侧链的环氧基团进行开环反应,得到PCL-ss-P(GHA-co-PEGMA)阳离子聚合物。利用1H NMR、GPC 和 XPS 对 CPDB-ss-OH、P(GMA-co-PEGMA)以及PCL-ss-P(GHA-co-PEGMA)的化学结构、分子量分布以及元素含量进行表征。聚合物PCL-ss-P(GHA-co-PEGMA)(简写为PGHAP)能够自组装形成纳米粒子,并且能够包载DOX和压缩p53基因,形成DOX负载PCL-ss-P(GHA-co-PEGMA)/p53复合物(简写为DPGHAP/p53)。凝胶阻滞电泳实验结果表明,DPGHAP/p53复合物可以很好地固定基因,并且在负电荷的条件下,能够维持复合物的稳定性。细胞毒性实验结果表明,与单独使用游离药物或/和游离基因治疗相比,DPGHAP/p53复合物对A549和H1299细胞具有明显的抗肿瘤作用。激光共聚焦显微镜结果显示,DPGHAP/p53复合物能有效地将DOX和p53基因传递并释放到A549细胞中。因此,所构建的阳离子聚合物可以作为抗癌药物和基因载体具有较好的应用前景。