非病毒载体是利用非病毒的载体材料的物化性质来介导基因的转移。

非病毒载体具备无传染性，没有载体容量限制，材料来源广泛，化学结构可控制，且易于大量制备，在表达质粒、反义寡核苷酸或反义表达质粒真核细胞的靶向转移中，有着病毒载体不可替代的作用。

与病毒载体相比较，具有毒性低、免疫反应低，而且所携带的基因不整合至宿主细胞基因组等优点。

然而，非病毒载体的转导效率低，目的基因只能实现瞬间表达，其运送系统的颗粒较大，容易引发免疫反应和被机体所清除。

脂质体包括阳性、中性和阴性脂质体,其中阳性脂质体研究的最为广泛。自从1987年以来, 众多学者相继合成出许多阳离子脂质体。所有的阳离子脂质体的一端皆拥有1~2条由12~ 18个碳原子组成的疏水链, 使其在水性介质中形成双层结构, 并包裹DNA;另一端为亲水性的N+, 通过静电力与DNA结合以形成脂质复合物。

脂质体或脂质复合物经静脉注射后,很快被血浆清除并在肺组织中积蓄, 蛋白质主要在肺内皮细胞中表达，通常表达时间较短,一般在给药后4~ 24h即达峰, 1周后消失。因此,阳离子脂质载体在治疗一些肺部疾病如肺代谢性疾病、门脉高压和急性呼吸窘迫综合征等有较好前景。脂质体或脂质复合物也可直接应用于病变部位以避免静脉给药选择性差的缺点。

虽然在阳离子脂质体构效关系研究的基础上,合成了一些新的脂质载体, 但离理想的脂质载体还相距较远,其主要困难在于体内外转染条件的差别, 而且转染效果还取决于给药途径。因此, 只有根据实际的临床应用来个性化设计才能获得较为理想的载体, 这无疑给载体的开发带来困难。脂质体或脂质复合物并没有长期安全性报道。

1、多聚赖氨酸：聚L-赖氨酸和去唾液酸糖蛋白连接的聚合物用于细胞的基因靶向转移, 其基因转染效果较阳离子脂质体差。有研究表明，在有或无靶向配体的情况下，多聚赖氨酸与DNA的聚合物的细胞摄取率和基因转染率都依赖于聚合复合物正电性的存在。

2、聚乙烯亚胺( polyethylenimine, PEI) ：PEI阳离子聚合物表面的正电荷与DNA上带负电荷的磷酸基团产生静电作用形成复合物。这种复合物的超分子结构可以描述为一种核-壳结构, 疏水核是部分中和的DNA,外壳则是亲水的阳离子聚合物链段。这种核-壳结构,增加了体系在血液循环中的稳定性, 保护DNA在传递过程中不受DNA酶或巨噬细胞的降解。PEI阳离子聚合物由于其自身具有缓冲容量, 在不需要加入吞噬细胞或溶酶体溶解剂的情况下就显示出较好的基因转染效果。

3、树突状聚合物：树突状聚合物系一定Mr 范围的聚酰胺和含磷树状聚合物的末端氨基通过静电力与DNA结合形成的一种阳离子多聚物非病毒基因载体，聚酰胺树状聚合物的酰胺键在水或乙醇中的水解,可使基因转染率增加50倍, 其原因可能是水解增加了聚合物的柔韧性。故一些可水解的聚酰胺树状聚合物对体内颈动脉的基因转染比支链PEI更有效。

壳聚糖作为一种天然阳离子聚合物,通过与DNA以静电方式作用使壳聚糖-DNA体系不被降解, 完全进入细胞。作为基因载体, 壳聚糖具有细胞毒性低、生物相容性好、基因免疫性低和转染效率较高等特点。

壳聚糖-DNA复合物按制备方法主要分壳聚糖及其衍生物的DNA复合物、壳聚糖-DNA纳米微球和壳聚糖自聚体-DNA。有研究表明，壳聚糖的Mr、DNA复合物的N/P值、DNA复合物颗粒大小和对壳聚糖的改性及其改性程度是影响这类DNA复合物对细胞的转染效率和是否对特定细胞具有靶向性的主要因素。壳聚糖载体对质粒DNA有效的凝聚作用和保护DNA不被核酸酶降解是其它高分子载体无法比拟的。

应用于基因转运的无机纳米粒子主要包括硅、铁氧化物、碳纳米管、磷酸钙、金属纳米粒子、量子点等。无机纳米粒子主要通过穿过细胞膜将药物或生物分子转运到生物体中而起到治疗疾病的作用, 其发挥转染功能的大致过程有：首先,将DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面,通过内吞入胞等方式被转运至细胞内并且被释放。其次,将DNA导入细胞核并发挥功能。

但没法确定DNA进入细胞核的确切途径,学者们主要倾向于两种主要理论: 一种是纳米粒子在内涵体或细胞质中被溶解, 然后释放DNA转运进核; 另一种是携带DNA的纳米粒子直接到达细胞核表面,然后DNA转运进核。

非病毒载体克服的基因转染效率很低。这主要是非病毒载体介导基因治疗需要克服3道屏障：细胞膜、内涵体-溶酶体系统、核膜。

要提高非病毒载体基因转染效率，就必须要使载体能有效的跨越细胞膜即增强细胞对复合物的摄取; 其次要保护基因不受内涵体溶酶体系统酸性环境的破坏降解，并能使内涵体溶酶体有效的释放基因; 最后，基因要进入细胞核表达目的蛋白就必须要能有效的跨越核膜。

为提高摄取率，就要提高复合物的细胞靶向性，增强与细胞膜的作用。

1、连接靶向配体

在非病毒载体骨架上接上配体，与相应的细胞表面受体特异性结合，加强复合物的细胞靶向，增加细胞对复合物的摄取，从而增加基因的表达。

转铁蛋白是一种内源性的糖蛋白，多数肿瘤细胞过表达转铁蛋白受体，在载体上接入转铁蛋白可提高纳米复合物的癌细胞靶向性，增加细胞对复合物的摄取率从而增强基因的表达。

2、载体材料的结构修饰

载体材料是携带基因达到靶细胞的运输工具，其结构影响复合物达到靶细胞的效率 通过载体材料的修饰可以改善其溶解性，屏蔽其过多的表面电荷，降低细胞毒性 另外载体材料结构修饰可以更好的包裹基因，保护基因不被破坏，提高细胞靶向性，增强与细胞膜的作用。

聚乙二醇(polyethyleneglycol ，PEG ) 是亲水性很强的聚合物，常用来修饰纳米粒载体以改善其水溶性或者屏蔽其表面电荷，但PEG修饰后的纳米粒细胞摄取率很低，这很大程度上限制了PEG在纳米载体上的运用。为了克服低转染效率问题运用低聚PEG修饰载体，这样可以减小空间位阻有利于细胞的摄取。

3、赋予纳米粒“隐形”的特性

基因转染效率要高，首先要求纳米粒能有效的集中于靶细胞，增强靶细胞的摄取 但一般的纳米粒粒径较大，进入体循环后很容易被体内的单核细胞吞噬系统 (MPS) 所吞噬，并在网状内皮系统（RES） 中聚集，这使得达到靶细胞的纳米粒的量极少，导致体内转染时效率极低。发展的隐形纳米粒具有粒径小，水溶性高的特点，能有效的避免MPS的吞噬，减少体循环中的降解。而这种隐形作用，主要取决于纳米粒的粒径大小和水溶性纳米粒半径控制在100nm以下，并采用亲水材料修饰形成亲水层，可以避免或者减少体内单核细胞吞噬系统的吞噬，使其在体循环中存在时间更长，能有效地转运到靶器官或组织。

内涵体溶酶体系统的酸性环境往往导致基因的破坏，其中的核酸酶则会导致基因的降解这都使基因转染效率大大下降。 因此，保护基因在内涵体溶酶体系统的完整性和促使基因从该系统中的释放是提高非病毒载体基因转染效率的行之有效的方法。

1、加入溶酶体酶倾向剂

增加载体基因复合物在内涵体吞噬泡中释放的一种可行措施是在转染时加入溶酶体酶倾向剂，如氯喹。研究显示氯喹能增加基因转染效率可能包括3种机制：①缓冲吞噬泡中的；②替代复合物中的载体；③ 改变释放后核酸的生物物理学特性。

2、三元复合物载体材料

为了提高基因转染的效率可以在原有的纳米载体基因复合物的基础上再接入另一种质子缓冲材料，形成三元复合物，缓冲溶酶体中的酸性环境，提高基因转染效率。由于接入材料的理化性质，在保护基因不受降解同时使基因易于从内涵体溶酶体中释放到细胞质中从而提高转染效率。

基因治疗的第三道屏障是核膜，目的基因能否有效地进入细胞核直接关系到基因的转染效率。非病毒载体介导的基因转染效率不高，主要是外源基因难以有效的导入到细胞核，导致基因在细胞质中被核酸酶降解。

核蛋白定位 信号（NLS）是一种富含精氨酸、赖氨酸等碱性氨基酸的短肽，能有效的介导蛋白或者核酸的跨核膜转运。常用的NLS有鱼精蛋白，低相对分子质量的鱼精蛋白，SV40大T蛋白 非病毒载体通过NLS修饰后，不仅可以协助基因的跨核膜转运，同时可以提高细胞摄取率.