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聚乙烯亚胺（PEI）作为最典型的阳离子聚合物之一，目前已经广泛用作基因转染的载体，其中尤以分子量为25KDa的超支化PEI（b-PEI），以其优异的转染性能被称为基因递送的“黄金标准”。但由于b-PEI25K较高的阳性电荷密度，导致其细胞毒性大，血液相容性差等缺点，从而严重制约了其进一步的应用。天然化合物如氨基酸、蛋白质及糖胺聚糖，往往具有良好的生物相容性、较低的免疫源性及细胞毒性，部分天然化合物（如硫酸软骨素）还能够特异性结合肿瘤细胞表面的抗原分子（CD-44），是PEI修饰改性的良好配体选择并能够实现靶向性递送。本论文结合天然化合物的多种优势，设计并合成了三种以天然化合物改性的b-PEI25K衍生物，并将三种衍生物分别与DNAzyme、pDNA、microRNA等不同基因药物组装，重点评价了衍生物的理化性质、衍生物与基因药物的组装及相互作用、载体的生物相容性、细胞毒性及载体在体外水平的转染性能，进而考察了基因药物在体外转染后对细胞的影响及药效。本文的研究重点分为以下几个方面:（1）采用EDC/NHS催化的方法，以N-乙酰-亮氨酸为原料，与b-PEI25K的伯氨基进行偶联，合成了不同比例的疏水性修饰的PEI衍生物，基因载体N-Ac-L-Leu-PEI。对合成载体的结构及理化性质进行了表征，检测了衍生物载体的细胞毒性和生物相容性，及其与pDNA、DNAzyme的结合能力，评价了衍生物载体与DNAzyme的复合物的胞内行为及对细胞增殖、迁移及浸润的影响。相关实验结果均表明衍生物具备较低的细胞毒性及良好的转染效率和生物相容性，转染DNAzyme进入细胞后有效的抑制了肿瘤细胞的增殖和迁移。（2）通过化学键合的手段，以具有红色荧光的京尼平作为交联剂，将低毒性的嗜热组蛋白与高转染效率的PEI25K进行键合，合成了低细胞毒性，高转染效率的具有协同效应的蛋白质-高分子杂合基因传输载体。对组蛋白－PEI杂合基因载体进行了结构与性质的表征，验证了蛋白质与高分子的有效键合，并检测了新型载体与pDNA的组装能力、细胞毒性及转染效率，实验结果表明该新型杂合基因载体具备良好的DNA包覆能力，基因转染效率高以及较低的细胞毒性。（3）以天然糖胺聚糖硫酸软骨素为配体通过Michael加成反应与b-PEI25K实现偶联，利用硫酸软骨素能够特异性识别肿瘤基质中高表达的CD44受体的特点，构建了低毒、高效、具有肿瘤靶向能力的新型基因递送体系，并实现抑癌microRNA药物miR-34a对肿瘤细胞的靶向递送。对该载体的理化性质、载药能力、细胞毒性及靶向能力进行了评估，并对转染基因药物进入细胞后的胞内定位、相关蛋白表达量及细胞迁移能力进行了测定。实验结果表明该新型靶向型基因载体通过CD44介导的细胞内吞能够有效的将miR-34a递送到肿瘤细胞内，通过诱导肿瘤细胞的凋亡及抑制肿瘤细胞的迁移达到双重抗瘤的效果。综上所述，本论文中合成的基于PEI与天然化合物的多种基因载体体系，在具有良好的生物相容性、较低细胞毒性的同时能够保持高的转染效率，并能有效介导所搭载的基因药物在胞内发挥生物学功能，因此可望成为高效安全的新型基因载体。