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非病毒基因载体可以避免病毒载体潜在的免疫原性和毒性,且具有易于改性、适合大规模生产和负载pDNA容量大等优点。然而,体内的系统性障碍,包括血液中的血清蛋白、细胞膜、内涵体层和核膜等都会大大降低治疗基因的有效转染和表达。所以,设计和制备低细胞毒性、高转染效率以及靶向性非病毒基因载体具有重要的研究意义和应用前景。本论文主要包括以下内容：第一章中概述了基因治疗的现状,详细介绍了一些常用的基于高分子的基因传递系统,探讨了阳离子高分子基因传递系统的机制、阳离子高分子介导基因传递的主要屏障和克服这些屏障的方法。第二章中,制备了具有生物相容性和生物可降解性的阳离子高分子载体,聚琥珀酰亚胺接枝聚乙烯亚胺(PSPs)。该高分子是在无催化剂条件下,通过一步反应将支化状的聚乙烯亚胺(PEI800)接枝到聚琥珀酰亚胺(PSI)上制得。凝胶阻滞分析结果显示,PSP/pDNA复合物的移动在极低的N/P值(0.42)下可以被完全阻滞。动态光散射的结果表明,PSP/pDNA复合物的电荷在10.7-19.5 mV之间,粒径大小为150-300 nm。在N/P值为0.84时,PSPs的转染效率最高,在293T细胞和HeLa细胞中的转染效率分别是PEI25k的10倍和5倍。荧光共聚焦显微照片显示,PSPs可以将荧光素酶质粒顺利递送至HeLa细胞核。同时,与PEI25k相比,聚合物的毒性显著降低,其半抑制浓度IC50是PEI25k的4倍。第三章,将甲氧基化PEG (mPEG, Mw=750 Da)接枝到PSI-g-PEI上制得PEG化的聚琥珀酰亚胺接枝聚乙烯亚胺(PSI-g-PEI-g-PEG)。逐一考察了PSI-g-PEI-g-PEGs的理化性质包括缓冲能力、pDNA络合能力、细胞毒性、与pDNA复合物的电位和粒径以及体外基因转染活性。扫描电镜照片显示,PSI-g-PEI-g-PEG/pDNA复合物微粒有规则的形状,粒径小于200 nm。PEG化后,复合物粒径下降,聚集减少。毒性实验显示,PSI-g-PEI-g-PEG的细胞毒性比PSI-g-PEI和PEI25k小很多。体外转染实验也表明,在293T和HeLa细胞中,三类聚合物PSI-g-PEI-g-PEG, PSI-g-PEI和PEI25都具有较高的转染效率。荧光共聚焦显微照片显示PSI-g-PEI-g-PEGs可以有效将pGL-3质粒转运入HeLa细胞核。总之,PSI-g-PEI-g-PEGs显示出作为非病毒基因载体的巨大潜力。第四章中,设计和制备了具有肝靶向性的高效基因转染载体(PSI-g-PEI-g-LA)。与PSI-g-PEI和PEI25k比较,PSI-g-PEI-g-LA具有更好的生物相容性。三类阳离子载体PSI-g-PEI-g-LA, PSI-g-PEI和PEI25的对比性研究结果说明,PSI-g-PEI-g-LA具有肝靶向性能。动态光散射结果显示,PSI-g-PEI-g-LA可以紧密络合pDNA,形成粒径在95-203 nm之间的复合物。与PSI-g-PEI和PEI25k比较,在HepG2细胞中,PSI-g-PEI-g-LA表现出很好的转染效率,这是由于PSI-g-PEI-g-LA与HepG2细胞存在配体-受体介导的特异性识别作用。同时,其在HepG2细胞中的最佳转染效率比在HeLa细胞中高很多,也证实了其良好的靶向性。蛋白印迹、流式细胞技术和荧光共聚焦技术分析进一步说明,由PSI-g-PEI-g-LA介导的转染可以使治疗基因p53进行高效表达,并诱导HepG2细胞大量凋亡。