采用纳米颗粒作为基因转运载体是肿瘤基因治疗领域未来的发展方向。相比于其他病毒性纳米颗粒载体,以生物可降解材料为基础架构的聚合物纳米颗粒具有独特的价值和优势。然而,在前期已报道的聚合物纳米颗粒体内研究中,纳米颗粒的穿透力较弱,转染效率相对较低,并未取得理想的预期实验结果。这些问题成为限制胶质瘤基因疗法发展的瓶颈。在本研究中,我们首先选择了一种新型可降解聚合物分子类型——聚-β氨基酯类(Poly(beta-amino ester)s,PBAEs)作为聚合物分子的基本结构。我们在合成一系列结构近似的聚合物基础上,进一步鉴定、筛选出具有优良理化性质和细胞转染效率的聚合物分子。最终优化选择的聚合物主链分子为聚1,4-丁二醇二丙烯酸酯(B4)-共-4-氨基-1-丁醇(S4),将该长链分子的末端用1-(3-氨丙基)-4-甲基哌嗪(E7)修饰后得到聚合物分子PBAE 447(1.1:1)。这种长链的PBAE 447分子带有正电荷,可与带有负电荷的DNA分子通过静电吸引作用,自组装成为纳米颗粒。将“自杀基因”引入肿瘤细胞中进而诱导肿瘤细胞死亡是肿瘤基因治疗中的重要手段和策略,而单纯疱疹病毒胸苷激酶/更昔洛韦(herpes simplex thymidine kinase/ganciclovir,HSVtk/GCV)系统是目前研究和应用最为广泛的治疗系统。GCV能够使HSVtk磷酸化进而促成DNA合成受阻,从而导致肿瘤细胞死亡。据此,我们合成并得到了PBAE-HSVtk纳米颗粒,并设置含有绿色荧光蛋白质粒(p EGFP-N1plasmid,GFP)的PBAE-GFP纳米颗粒作为转染转染标志。对F98和9L细胞进行的转染实验也表明,纳米颗粒与DNA质量比例为30 w/w时转染效率最佳。在第二部分研究中,我们首先使用筛选的PBAE 447(30 w/w)聚合物纳米颗粒转染肿瘤细胞,配合给予GCV处理后,考察PBAE纳米颗粒转导的HSVtk/GCV系统对肿瘤细胞的作用。结果表明,包含有HSVtk基因的PBAE纳米颗粒能够对两种不同肿瘤细胞系表现出100%杀伤能力,而对照组GFP-PBAE纳米颗粒则未显示出细胞杀伤作用。不同于以往研究中采用病毒作为基因传递载体,我们的结果表明,通过纳米颗粒介导的HSVtk/GCV自杀基因系统同样能够发挥其强大的体外肿瘤杀伤效果。为更接近于实际应用,我们对新鲜纳米颗粒进行了冻干化处理。对比不同剂型的PBAE纳米颗粒(新鲜、冻干、Cy5标记),各组纳米颗粒理化性质稳定,细胞转染效率无显著差异。进一步的细胞转染时程研究表明,传递进入细胞的基因其峰值于第2天出现,而表达可持续4天以上。在第三部分研究中,我们尝试将已经合成并筛选、鉴定的PBAE纳米颗粒应用于大鼠肿瘤模型,研究其在体内环境下的抗肿瘤效果。不同与病毒载体,聚合物介导的纳米颗粒的组织细胞渗透性较差,难以穿透组织细胞间隙,药物的分布容积相对较小。由于CED更加依赖于静水压而非弥散压力,因此药物在肿瘤实体组织内的容量分布更大。因此在这部分研究中,我们引入了对流增强给药(convection-enhanced delivery,CED)技术以促进纳米颗粒在组织中的扩散和分布。CED是一种通过缓慢施加并维持的正向压力梯度,将药物输注于组织局部区域的新型给药技术。该技术能够有效促进纳米颗粒在肿瘤组织内部的分布。在9L载瘤模型大鼠上,采用CED技术将PBAE-HSVtk纳米颗粒输送入脑胶质瘤瘤腔中,配合腹腔注射GCV,记录并分析载瘤大鼠对治疗的反应。我们的结果提示PBAE纳米颗粒对大鼠脑组织无显著毒副反应、无组织排异及炎症反应。利用标记Cy5的PBAE纳米颗粒,我们追踪了纳米颗粒在脑内的分布和表达。结果表明脑组织成功转染区域涵盖几乎全部肿瘤范围,包括实质核心区域和远离针道位置的肿瘤边界区域;肿瘤区域标准化的GFP荧光像素值比较(采用Image J)结果表明,相比于传统显微注射组,CED组GFP荧光强度增加了36%(CED组:15.8±0.1 RFU;显微注射组:11.6±0.2 RFU,p<0.0001)。载瘤大鼠生存实验结果表明,给予PBAE-HSVtk纳米颗粒处理,联合GCV腹腔注射后,大鼠生存时间相比于对照组显著延长(p=0.0012)。本研究结合了基因治疗技术和CED技术,合成、筛选了聚合物PBAE纳米颗粒的,利用了其独特的理化属性,证明了PBAE纳米颗粒介导的HSVtk/GCV系统对脑胶质瘤细胞具有明确的杀伤作用;所采用的PBAE纳米颗粒克服了以往聚合物载体的缺点,是一种可降解、低毒、安全的恶性脑肿瘤治疗方法,具有极高的临床应用前景,为未来纳米医学和肿瘤基因治疗领域提供了极具价值的新途径。