具有多重响应性及在细胞内环境作用下可分解的基因载体结构设计和制备

利用高分子结构设计的优势和层层组装方法，构筑具有多重响应性、在细胞内环境作用下易分解的、高稳定、高包封、高转染、低毒性的复合纳米基因载体。首先根据阴离子聚合原理，分别设计合成各种生物相容的聚阳离子电解质和聚阴离子电解质；以表面功能化的磁性纳米粒子为核，通过聚电解质与表面带负电荷的磁性纳米粒子和DNA的层层组装，获得具有磁/pH响应性、外壳为二硫键固定的非病毒基因载体，系统地剖析载体的制备过程，对载体进行评价和改进。在此基础上，选择生物相容和生物可降解的高分子进行改性及功能化修饰，通过层层组装，获得具有多重靶向功能、在细胞内环境中易分解的复合基因载体。研究各种聚合物结构、聚合物链长、溶液pH、盐浓度等因素对复合基因载体的结构、粒径、包封率、稳定性、转染性能和毒性的影响。通过对载体制备过程的系统研究，为使用该方法制备具有多重响应性的非病毒复合基因载体奠定较为全面的理论与实践基础。

基因疗法可用于治疗多种人类疾病，如癌症、遗传性疾病等，而寻求高效低毒的基因输送系统是其中的关键技术之一。非病毒型高分子基因载体由于具有较高的负载效率、对受转移的DNA大小和数目没有限制、制备相对简单、免疫原性问题较小、安全性较高等方面的优势而备受关注。. 本项目围绕利用氧阴离子活性聚合、原子转移自由基聚合（ATRP）、开环聚合（ROP）和聚合物反应相结合的方法，设计合成了一系列新型结构的功能化聚阳离子型和聚阴离子型电解质。在模拟生理条件下，分别研究这些聚合物在溶液中的自组装行为、聚阳离子和聚阴离子之间的相互作用、以及它们与DNA之间的相互作用。在此基础上，通过层层组装方法，构建具有生物相容性、多重响应性、在细胞内环境作用下易分解的复合基因载体，提高基因载体的稳定性、包封率、转染效率，降低基因载体的毒性。与此同时，研究嵌段共聚物形成的纳米微粒、水凝胶等软物质作为药物载体的性质。通过对聚合物制备过程的系统研究，本项目从学术方面探索了复合基因载体和药物载体的合成方法、结构与性质的关系，并提供相应的理论依据和应用方法。. 到目前为止，项目组已较好地完成了预定研究目标，主要取得以下成果：（1）拓展了氧阴离子活性聚合方法的研究范围，发现新的引发体系和可聚合反应单体；（2）设计合成多种刺激响应性聚合物，具有良好的生物可降解性和较低的毒性，用于构筑基因载体和药物载体；（3）获国家发明专利授权5项，另有1项在审查中，发表15篇研究论文和1篇综述论文，其中，SCI期刊论文15篇，影响因子大于3.0的文章9篇。已录用论文2篇；（4）在本项目研究的基础上，再获国家自然科学基金项目1项，江苏省自然科学基金项目2项，以及北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室开放课题项目1项；（5）培养研究生获得博士学位1名、获得硕士学位11名；目前，在读博士研究生3名、硕士研究生10名。. 本项目的研究成果有助于从学术方面丰富氧阴离子聚合等方法的应用，在此基础上，成功构筑多种刺激响应性的、在细胞内环境作用下易分解的新型复合基因载体结构。对进一步深入开展生物相容性高分子载体的设计、合成及在药物控释和基因转染方面的研究，具有一定的理论意义和潜在的应用价值。