作为一种新的治疗方法，基因治疗的核心是将正常的或有特殊治疗蛋白表达的基因整合入细胞，用以校正和置换致病基因或表达出治病蛋白。许多常规疗法不能有效治疗的疾病如癌症、遗传缺损、艾滋病、帕金森症等均可采用基因治疗。基因治疗体系包括治疗基因和基因传递系统两个部分，缺乏有效的基因药物传递系统被认为是临床应用上最大的障碍。一般来说，基因传递系统可分为两大类：病毒传递系统和非病毒传递系统。其中，非病毒载体具有临床上的安全性、优良的生物相容性、载药量大、可大规模生产等优点，促使人们大力着手于高效低毒的非病毒基因载体的研究。作为非病毒载体的一种，高分子载体凭借其优良的性能受到人们的广泛关注，但仍然存在转染效率低、细胞毒性大等问题。因此，具有高靶向性、高转染效率的高分子载体的研究显得尤为重要。细胞膜表面存在大量糖类及糖蛋白等化合物，苯硼酸能与糖类等多羟基化合物形成环状硼酸酯，从而在糖类及细胞识别上有广泛的应用。设计并合成一系列带苯硼酸基团的靶向高分子基因载体并研究其性能是本论文的核心。本文第一章综述了当前基因传递研究中常用的非病毒高分子载体并且简述了苯硼酸在生物医用领域的应用。在接下来的四章中，我们设计并制备了四个系列的具有不同功效的苯硼酸修饰的高分子载体，并对其物理、化学及生理性能进行了系统的研究。环氧乙烷-环氧丙烷共聚物（Pluronic）作为一种常见的非离子型表面活性剂在生物医用领域有着相当广泛的应用。本文第二章设计合成了一种以三嵌段共聚物Pluronic为母体的苯硼酸修饰改性的多嵌段两亲性聚醚（Pluronic-PG-BA）作为电中性的非病毒载体。该聚合物表现出有较好的细胞相容性，MTT法检测其细胞毒性较支化聚乙烯亚胺(25KDa PEI)低得多。Pluronic-PG-BA可包裹DNA形成纳米级复合物，在质量比为7.5时能完全阻止DNA在凝胶电泳中的运动。动态光散射(DLS)的测试结果表明，当质量比为5-30时该复合物能在水中形成直径为150nm-514nm的微粒，其表面电势在基本在电中性。激光共聚焦显微镜观察结果表明，修饰了苯硼酸的聚合物能更有效地被细胞吞噬，在HepG2细胞上的效果尤为显著。Pluronic-PG-BA能有效地介导pGL3转染HeLa、HepG2和COS-7细胞，其转染效率在含10%血清的条件下未见明显降低，表现出良好的抗血清能力。聚乙烯亚胺(Polyethylenimine, PEI)是最常见的应用于基因载体的阳离子聚合物。本文第三章设计、合成、表征了两种分别带有o-胺甲基和p-胺甲基苯硼酸基团的PEI(PEI1800-o-BA和PEI1800-p-BA)。MTT毒性测试结果表明这两种PEI衍生物的细胞毒性比25KDa PEI小很多。而且，两种材料在不同细胞中的毒性表现不同，对于HeLa细胞，PEI1800-p-BA在的毒性比PEI1800-o-BA小，PEI1800-p-BA浓度为1mg/mL时细胞存活率仍大于50%，而PEI1800-o-BA的IC50约为0.22mg/mL；相反地，对于HepG2细胞，PEI1800-p-BA的毒性较PEI1800-o-BA大，其IC50约为0.22mg/mL，而PEI1800-o-BA浓度为1mg/mL时细胞存活率仍有50%左右。荧光素酶基因转染实验表明PEI-BA是一种有效的非病毒基因传递载体，其在HepG2和HeLa细胞上的转染效率皆比25KDa PEI高。在表面富含Sialyl Lewis X糖基的HepG2细胞中，PEI1800-p-BA/DNA的转染效率比25KDa PEI/DNA高约5-10倍；在HeLa细胞上PEI1800-o-BA较1800Da PEI要高2-3个数量级，在N/P=10-20时比25KDa PEI的转染效率也要高出5-10倍。激光共聚焦实验也同样表明两种材料在不同细胞上的基因传递效果不同。这些结果表明苯硼酸对材料的转染效率有着相当重要的作用，而且不同类型苯硼酸修饰的PEI显示出一定的细胞选择性。很多文献的研究结果证明小分子PEI上修饰长链烷基可以改善其转染效率。在第四章中，我们用分子量为800的PEI合成了一系列十二烷基和苯硼酸基修饰的低分子量PEI(Dod_x-PEI800-BA_y)。通过凝胶电泳测定其复合DNA能力，发现十二烷基和苯硼酸基均能增强材料复合DNA的能力。Dod_x-PEI800-BA_y与DNA复合物的粒径在几十到三百纳米之间，随着十二烷基数量的增加粒径减小，随着苯硼酸的引入，粒径有变小的趋势。随着十二烷基数量的增加，复合物的表面电势增高并最后稳定在20-25mV左右，苯硼酸基的引入对电势的影响不大。细胞毒性试验表明，随着十二烷基数量的增加，毒性大幅度增加，但苯硼酸基的引入并没有引起毒性的增加。通过激光共聚焦实验观察，此类材料能很好的被细胞吞噬。荧光素酶基因转染实验表明，上述材料的转染效率较高，苯硼酸基的引入可有效地提高转染效率。通过可降解共价键交联的小分子PEI有很好的转染效果。第五章中，我们利用4-溴甲基苯硼酸与双硫键交联的低分子量聚乙烯亚胺PEI800-SS1.6（3其中1.63表示平均每个PEI上交联键的数量）反应合成了双硫键交联的苯硼酸修饰聚乙烯亚胺（BA_y-PEI800-SS1.63）。BA_y-PEI800-SS1.63能有效地与DNA在较低的N/P比时结合，并阻止DNA在凝胶电泳中的运动。在较宽的N/P比范围内，BA_y-PEI800-SS1.63/DNA复合物的粒径均为400nm左右，表面电势在25mV左右。细胞试验表明，BA_y-PEI800-SS1.63与25KDa PEI相比具有较低的细胞毒性和较高的转染效率。苯硼酸基的数量对转染率有较明显的影响，每个PEI上接有0.25个苯硼酸基的材料表现出最好的转染效果，随着苯硼酸基的进一步增加，材料的转染效率会降低。