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基因治疗作为当今最活跃的生物技术之一,为许多严重疾病的治疗带来了新的希望。如何开发细胞外稳定传递、细胞内响应解离并高效转染的基因传递体系是基因治疗临床应用的关键科学问题。同时随着人类对生命质量的追求,人们对疾病的早期诊断提出了更高的要求,因此开发诊断兼治疗的多功能纳米传递体系具有非常重要的意义。本论文基于主客体作用构建了新型刺激响应的基因传递体系,初步探讨了组装体结构及功能模块化设计与基因传递效率的内在联系。细胞外稳定传递和细胞内解离释放是基因传递体系设计需要关注的一对矛盾。我们首先合成了不同p-环糊精(CD)接枝率的CD修饰聚乙烯亚胺(PEI-CD),研究发现CD接枝率对聚阳离子缔合特性产生很大影响,且CD接枝率为2.5%的PEI-CD15能够有效缔合DNA形成尺寸小于120nm的纳米粒子。人肾上皮细胞(HEK293T)培养结果表明：CD的修饰有利于小窝蛋白介导的细胞内吞,从而提高了基因转染效率。进一步合成了偶氮苯修饰聚乙二醇(Az-PEG),依据环糊精与偶氮苯的主客体作用, 成功制备了尺寸约为 110nm的PEI-CD15/Az-PEG/DNA超分子组装体。PEG壳层的存在显著降低了表面电位,使组装体具有较好的生理盐和抗聚阴离子稳定性。凝胶电泳和表面电位测定结果表明采用365 nm长波紫外光照射15min后,超分子组装体的PEG壳层可有效脱离。由于长波紫外光照对细胞存活率影响较小,进一步利用偶氮苯的光致异构特性实现了细胞内PEG壳层的解组装响应,有利于DNA的释放并进攻细胞核,显著提高了基因转染效率,为应用超分子组装技术设计新型的刺激响应基因传递体系提供了崭新的途径。具有诊断和治疗功能的多功能纳米粒子是当前发展的热门领域,也是未来发展的趋势。我们突破复杂的传统化学制备法,采用模块化组装构建了具有靶向、显像和响应性传递功能的多功能纳米粒子。合成了CD修饰的聚乙烯亚胺(PEI-CD)作为骨架聚合物,选用异硫氰酸荧光素(FITC)和半乳糖(Gal)分别作为模型荧光探针和靶向分子,制备了FITC修饰金刚烷(AD-FITC)及偶氮苯修饰半乳糖化聚乙二醇(Az-PEG-Gal),基于CD/AD和CD/Az主客体作用成功构建了多功能超分子聚合物AD-FITC/PEI-CD/Az-PEG-Gal并命名为SPG-Gal。其能够有效缔合DNA形成尺寸小于100 nm,表面电位约为+6 mV的纳米粒子,且具有较好的生理盐和抗聚阴离子稳定性。人肝癌细胞(HepG2)培养结果表明：荧光分子的引入赋予了SPG-Gal/DNA超分子组装体细胞内运转示踪功能；半乳糖的靶向修饰显著提高了HepG2细胞对多功能纳米粒子的内吞效率；偶氮苯的光致异构有利于PEG壳层脱卸和DNA进攻细胞核,进一步提高了基因表达水平。因此,基于主客体作用的模块化组装为构建具有靶向、显像和响应传递功能的多功能纳米粒子提供了有效的技术平台。上述体系中基于PEI改性基因载体由于具有不可生物降解、细胞毒性大等缺点,限制了其在临床治疗中的应用。多糖具有良好的生物相容性,在非病毒基因载体的设计中显示出巨大的应用前景。本论文以多糖葡聚糖作为骨架材料,选用具有穿膜能力的寡聚精氨酸R8作为阳离子肽,分别合成了R8修饰a-CD(CDR)、亚胺键共价键合的偶氮苯修饰葡聚糖(Az-I-Dex),利用环糊精与偶氮苯的主客体相互作用, 成功制备了葡聚糖基可脱卸基因传递体系CDR/Az-I-Dex/DNA。研究发现CD与Az的摩尔比C/A对组装体粒径有很大影响,当C/A比为0.4和0.7时能够缔合DNA形成小尺寸纳米粒子。高分子量葡聚糖显著提高了组装体的生理盐稳定性,且亚胺键赋予了组装体pH-响应特性。采用HEK293T和Cos7细胞进行细胞学评价,结果表明：超分子聚合物CDR/Az-I-Dex在100μg/mL CDR时仍具有80%以上的细胞存活率,显示出较好的生物相容性；穿膜多肽R8显著提高了组装体的内吞效率；CDR/Az-I-Dex/DNA组装体的转染效率是CDR/DNA组装体的6～300倍,与高分子量聚赖氨酸PLL水平相当。采用主客体作用和pH响应化学键相结合,构建了具有良好生物相容性的葡聚糖基基因传递体系,为非病毒基因载体的设计提供了新思路。