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基因治疗指的是一种利用DNA重组技术将功能化核酸分子(DNA或RNA)导入靶细胞,纠正或补偿疾病基因,使细胞完全(或部分)恢复正常的生理代谢状态从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。基因治疗的优势在于其能从根本上(基因水平)治疗疾病,目前基因治疗面临的存在的主要技术难题在于缺乏安全高效的基因传递载体。常用的基因载体主要包含病毒载体和非病毒载体两类。虽然病毒载体有着较高的转染效率,但是它存在安全风险、免疫原性、基因传递尺寸大小限制及价格昂贵等弊端。阳离子聚合物和阳离子脂质体作为常用的非病毒基因载体,由于其具有结构多样、易于修饰功能化、良好生物相容性,较低毒性且可降解性等优点,具有成为优秀基因载体的潜力,近年受到越来越多研究者们的关注。本文第一章简介了基因治疗和基因载体,综述了刺激响应型的阳离子基因载体、基因转染过程和基因转染所面临的问题以及解决方法。第二章,我们通过开环聚合将含有刺激响应型硫代缩醛基团的二环氧化物与低分子量的聚乙烯亚胺(PEI)反应,设计、合成了四个活性氧(ROS)响应型的阳离子聚合物。通过系列的生化实验研究,我们发现这些阳离子聚合物具有良好的DNA结合能力,与DNA形成的复合物具有合适的粒径(180~300 nm)和zeta电位(+35~50 mV)。此外,复合物对血清稳定但在ROS条件下分解。体外细胞实验表明,这些阳离子聚合物具有较低的细胞毒性,转染效率高于商品化试剂Lipofectamine 2000和25 KDa PEI。在10%血清的存在下,聚合物的转染效率甚至比25 KDa PEI高10倍,比Lipofectamine 2000高9倍,具有作为潜在转染试剂的能力。第三章,我们设计合成了四个以荧光染料萘二甲酰作为母体、辛胺作为疏水基团的还原敏感型氨基酸阳离子脂质3-4a、3-4b、3-4c和3-6a。通过凝胶电泳、粒径、zeta电位、细胞毒性和体外转染等实验研究了他们的DNA结合能力和转染活性。结果显示:3-4b和3-4c具有较3-4a和3-6a更好DNA结合能力和转染效率。四种荧光脂质的细胞毒性与商品化试剂Lipofectamine 2000和25 KDa PEI相当,但其转染效率却低于商品化试剂,我们推测可能是疏水链长太短的原因。因此,为了进一步提高转染效率,我们对疏水基团进行了进一步改造。基于前期实验结果即以高电荷密度的精氨酸(如3-4b)作为亲水头部的脂质具有更好的结合DNA能力和较高的转染效率,因此,我们基于精氨酸亲水头部,设计合成了疏水尾部为十八胺、油胺和α-生育酚的还原响应型阳离子脂质3-4d、3-4e和3-4f,并通过考察了该系列阳离子脂质的结构活性关系。