基因药物治疗在癌症治疗领域中表现出了巨大的应用前景,而基因药物治疗依赖理想的基因/药物载体进行递送发挥治疗作用。理想的递送载体需要具有优异的生物相容性,能够保护基因药物不被体液环境中复杂的酶体系降解,跨越各类屏障高效运送进入肿瘤细胞中。而在各种屏障中,细胞内吞是影响治疗效果的关键因素之一,被细胞有效摄取是基因药物发挥治疗作用的前提,而传统递送载体正因为较低的细胞内吞效率限制了它们的治疗效果。近些年来,细胞穿透肽因为其良好的细胞相容性和优异的细胞膜穿透能力吸引了广大研究工作者的注意。在基因药物递送体系中引入细胞穿透肽能够有效提高体系的细胞内吞效率,显著提高治疗效果。在本论文中,我们设计制备了一系列基于精氨酸多肽的基因药物递送载体,系统研究了它们在细胞内吞及肿瘤治疗方面的表现,具体研究成果如下:(1)针对基因递送过程中遇到的关键屏障,我们设计并合成了三组分功能多肽,具体包括:a)GE11,与肿瘤细胞表面过表达的EGFR高效结合,赋予运载体系的肿瘤靶向能力,减少体系对于正常细胞和组织的影响;b)八聚精氨酸,提高体系被细胞摄取的效率;c)聚组氨酸,通过质子海绵效应帮助体系完成内涵体逃逸,提高治疗效果。同时,为了提高多肽对质粒的络合能力,我们将功能多肽通过金硫键共价键接于金纳米粒子表面。多肽金纳米粒子能够与多肽紧密络合形成粒径60-70 nm的纳米粒子,能够通过EPR效应蓄积在肿瘤部位。我们还通过改变组氨酸的数目及以上三组分的组合方式,分别研究了它们在细胞内吞及肿瘤治疗中的表现,实验结果显示,当GE11与精氨酸聚合物连接时,能够表现出1+1>2的协同作用。GE11和精氨酸聚合物能够共同促进体系与肿瘤细胞的结合,表现出优异的细胞内吞能力。(2)我们设计RHRHRHRHRHR-NH2链段,并通过酰胺键在其两端共价键合了全氟辛基链制备“三嵌段聚合物”,该聚合物能够在水溶液中自组装形成一种新型的、亲水链段呈现拱桥状的纳米囊泡。相比于传统的线型柔性精氨酸链段,这种拱桥装结构与细胞表面各类基团相互作用的效率得到了最大化,因此,较少数量的精氨酸残基即可获得更加优异的细胞膜穿透效率,同时精氨酸与组氨酸相互间隔的链接方式,更进一步增加了精氨酸的作用区域。多肽两端的全氟烷基链的超疏水特性,通过相似相溶的相互作用形成“氟相”,使得该纳米囊泡具有优异的稳定性,而全氟烷基链的超疏油特性,还使得该运载体系同蛋白质脂质等体内生物活性物质的相互作用减少,从而延长了在生物体内的循环时间。在体外细胞实验和体内的肿瘤治疗实验中,相比于传统两嵌段聚合物形成的纳米囊泡(NPD),三嵌段聚合物组装而成的纳米囊泡(NPT)表现出了优异的效果,综合治疗效果明显提高。(3)在基因治疗工作的基础上,我们还利用NPT的空腔运载抗癌药物盐酸阿霉素(Dox-HCl)制备抗癌药物NPT-Dox。实验结果显示,NPT的载药量(DLC)和载药效率(DLE)性能优异,其突出的稳定性使得NPT-Dox在正常环境中能够长效包裹药物不发生渗漏。同时组氨酸在肿瘤特有微酸性环境中发生质子化,电荷间的排斥作用使NPT出现空隙,内腔中的药物流出,实现pH响应释放。在细胞内吞测试中,NPT-Dox仍表现出优异效果,15min即可观察到明显的细胞内化。由于NPT-Dox具有pH响应性,因此,NPT-Dox对肿瘤细胞(4T1)表现出了强大的杀伤作用,而正常细胞(NIH3T3)则表现出了较高的生物安全性。