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基因治疗是指用基因工程技术将正常的基因或者有治疗作用的基因导入靶向细胞内,以纠正和补偿因基因缺陷和异常引起的疾病,从而达到治疗目的。由于裸DNA容易被血液中的核酸酶降解,因此有效的基因治疗需要传递系统将DNA运送到靶向细胞,保护其不被降解。基因传递系统包括病毒载体和非病毒载体两种。相比于病毒载体,非病毒载体安全、易于大规模制造、携带的遗传物质范围广等优点。然而,非病毒载体介导的基因转染过程会受到各种细胞外(extracellular)和细胞内(intracellular)屏障的限制,其中一个突出的屏障就是非病毒载体与DNA复合物沉积速度慢以及由此造成的细胞表面DNA浓度过低的问题。磁转染是一种利用磁性纳米粒子作为基因载体的新的转染技术。表面修饰有阳离子聚合物或阳离子脂质体的磁性纳米粒子与DNA复合形成磁复合物,在外加磁场的作用下,大量磁复合物能够快速地聚集到靶向细胞表面,从而提高复合物在细胞表面的浓度,增加细胞对复合物的内吞,提高转染效率。本论文制备了一系列基于四氧化三铁磁性纳米粒子的基因载体。第一章介绍了基因治疗和基因载体的概况；一些常用的非病毒载体的制备和应用；非病毒载体介导的基因传递过程中的各种屏障以及解决方案。第二章中我们研究了一种利用磁转染技术提高阳离子高分子基因载体转染效率的新方法,这里采用商业化的分子量为25 kDa的PEI作为模型。我们将六代树形高分子修饰的超顺磁四氧化三铁纳米粒子(DMSPION-G6)与DNA在低质量比下复合形成带有负电荷的磁复合物,进一步与商业化的PEI(25kDa)通过静电相互作用复合形成DMSPION-G6/DNA/PEI三元磁复合物。磁复合物的粒径在250 nm左右,zeta电位在+46 mV左右,对COS-7细胞,293T细胞和HeLa细胞的毒性很低。在外加磁场的作用下,DMSPION-G6/DNA/PEI三元磁复合物具有很高的转染效率,尤其在血清存在的条件下,最高时要比PEI/DNA复合物高出300倍以上。我们发现在外加磁场的作用下,只需很短的转染时间和很少的DNA就能够表现出较高的转染效率。激光共聚焦显微镜观察,普鲁士蓝染色和ICP结果证实,在外加磁场的作用下大量的DMSPION-G6/DNA/PEI三元磁复合物能够快速地聚集到细胞表面,细胞内吞复合物的数量显著提高,从而增强了转染效率。在本组以前的工作中,制备了一系列主链含有双硫键的聚酰胺胺阳离子基因载体。这一系列聚合物显示出较高的DNA复合能力和缓冲能力。同时,由于双硫键的引入,这一系列聚合物在细胞内能够被还原降解,表现出较低的细胞毒性。然而,体外转染实验显示这一系列含有双硫键的聚酰胺胺并没有表现出我们预期的转染效率。在第三章中,我们利用上一章的方法来提高这一系列聚合物体外转染效率。首先将DMSPION-G6与DNA在低质量比下复合形成带有负电荷的磁复合物,进一步与聚合物通过静电相互作用复合形成DMSPION-G6/DNA/polymer三元磁复合物。将DMSPION-G6引入到polymer/DNA后,没有影响polymer/DNA对293T细胞和COS-7细胞的毒性,而在外加磁场条件下的转染效率却明显增强,尤其是在血清存在的条件下。普鲁士蓝染色,ICP以及激光共聚焦显微镜实验证实,在外加磁场的作用下大量的DNADMSPION-G6/DNA/polymer三元磁复合物能够快速地聚集到细胞表面从而增加了被细胞内吞的机会,相应地,更多的DNA能够进入细胞核进行表达,因此转染效率明显提高。第四章中我们制备了包裹有疏水性超顺磁四氧化三铁纳米粒子的PEG-PCL-PAEMAs阳离子聚合物胶束用于基因转染。这一系列胶束尺寸在150-200 nm之间,表面电荷在+40mV以上。对COS-7细胞和293T细胞的毒性随着AEMA重复单元的增加而增加。通过静电相互作用胶束能够结合DNA形成粒径在100-250 nm之间,表面电位在+40 mV左右的复合物。在外加磁场的作用下,micelle/DNA复合物具有很高的转染效率,最高时要比无磁场条件下的转染效率高出将近500倍。激光共聚焦显微镜观察,普鲁士蓝染色,ICP和细胞透射电镜结果证实,在外加磁场的作用下大量的micelle/DNA复合物能够快速地聚集到细胞表面从而增加了被细胞内吞的数量,提高了转染效率。此外,胶束以及胶束与DNA复合形成的复合物均表现出较高的乃驰豫效能,可以实现MRI监测转染过程。第五章中我们合成了含不同比例溴代十六烷的可还原降解的两亲性阳离子聚合物,并用其制备一系列包裹有疏水性超顺磁四氧化三铁纳米粒子的阳离子胶束。这一系列胶束尺寸在100 nm之间,表面电荷在+40 mV以上,且随着接枝比例的增加而增加。对293T细胞和COS-7细胞的毒性较低,对COS-7细胞的毒性随着溴代十六烷接枝比例的增加而增加。该胶束能够(w/w≥15)结合DNA形成粒径在100 nm左右,表面电位在+30 mV以上的复合物。复合物在还原条件下可以释放DNA。在外加磁场的作用下,micelle 1-3/DNA复合物的转染效率要比无磁场条件下的转染效率高出上千倍。在外加磁场的作用下,细胞内可以检测到更多的铁,这说明更多的micelle/DNA复合物被细胞内吞,增强了其转染效率。该阳离子胶束以及胶束与DNA复合后形成的复合物的T2驰豫效能均在200 mM-1S-1以上,可以用于磁共振造影,实现MRI对转染过程的监测。