抗肿瘤大分子-药物键合物是近年来抗肿瘤药物领域的重要研究方向之一，其主要优良特性体现在高水溶性、生物相容性以及对肿瘤环境的响应性等诸多方面。然而，在实际的应用中，大分子-药物键合物的治疗效果并不理想。目前的研究表明，造成大分子-药物键合物疗效低的主要原因之一是药物载体分子不能在肿瘤组织中高效的渗透、不能渗透至肿瘤深层的缺氧区域。而缺氧区域中的肿瘤细胞往往代谢缓慢，对药物分子不敏感，同时恶化程度高、生存能力强，具有较高的耐药性造成大分子药物聚合物极难杀死缺氧区域的肿瘤细胞，最终造成治疗效果差，并且停药后容易复发。由此，我们设想构建一种药物载体，它既能保留传统载体的高亲水性、高生物相容性等诸多优点，又能在肿瘤组织中高效的渗透，靶向肿瘤深层缺氧区域，实现对癌症的高效治疗。
　　三级胺氮氧化物结构，是一种亲水性极高的电中性正负离子对结构，与蛋白质的相互作用力较弱。最重要的是，三级胺氮氧化物结构具有对肿瘤低氧区域的响应性，能在低氧条件下被生物还原，转变为三级胺结构。由此，本文设计了含三级胺氮氧化物的聚合物，发现其能够有效地在缺氧区域富集，从而能够将药物输送到缺氧区域、发挥高的药效。
　　本论文的第一部分工作，我们合成了一种以三级胺氮氧化物结构为主的药物载体一氧化型聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(OPDEMA)。体外药物代谢实验证明，这种药物载体能在低氧条件下、部分三级胺氮氧化物结构会被微粒体还原为三级胺结构。同时，通过药物动力学实验证明该药物载体在体内循环时间方面表现出与PEG相近的长循环性能。而荧光显像实验结果表明，这种三级胺氮氧化物载体分子OPDEMA在细胞吞噬性能上又表现出接近穿膜肽TAT(Trans-Activator of Transcription)的性能。
　　在体外细胞球低氧模型中，OPDEMA载体分子能够在低氧区域富集。OPDEMA键合的抗肿瘤药物在肿瘤细胞上表现出与PEG-药物键合物几乎等同的细胞毒性，然而在细胞球低氧模型中，OPDEMA的键合物表现出比PEG载体的键合物更高的抗肿瘤细胞活性。在抑瘤实验中，该OPDEMA键合物表现出优于PEG的抗癌效果。
　　本论文的第二部分工作，是将基于三级胺氮氧化物结构的氧化型氮芥结构引入到树枝状聚乙烯亚胺分子(BPEI)中，构建了一种新型的大分子药物。氧化型氮芥结构也是一种三级胺氮氧化物结构，在正常供氧条件下结构较稳定，而在肿瘤低氧条件下被还原为氮芥结构，具有极高的杀伤细胞的活性。所以这种大分子药物可以通过低氧响应性，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。体内抑瘤实验表明，这种低氧响应大分子药物具有一定的抑瘤活性并且毒副作用较小。为大分子药物分子设计提供了一种新的思路。
　　本论文的第三部分工作，是通过将BPEI分子的三级胺结构氧化，构建了一种新型的大分子基因载体。BPEI是非病毒基因载体的黄金标准，但是由于其较强的正电荷使得其生物毒性较高，影响了其在活体中的应用。实验表明，通过将BPEI分子的三级胺结构氧化，可以屏蔽大量的正电荷的同时但对包载DNA的能力的影响较小。细胞毒性实验表明，氧化型BPEI分子(OBPEI-NH2)的细胞毒性远远小于普通BPEI分子。同时，细胞转染实验表明，OBPEI-NH2分子的转染能力并未受到较大的影响。是一种相当具有潜力的大分子基因载体。