Skip to main content

Advertisement

Log in

In Vitro and In Vivo Characterization of Biodegradable Poly(organophosphazenes) for Biomedical Applications

  • Published:
Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials Aims and scope Submit manuscript

Abstract

The need and the growing interest in polymers as biomaterials have led to the synthesis of new polymers with a variety of physico-chemical properties. Biomedical application of such materials not only depends on their physical properties but also on biocompatibility and biodegradability. Polyphosphazenes are a family of ‘hybrid inorganic–organic polymers’ with inorganic elements in the backbone and organic side-groups. The polyphosphazenes constitute a family of greatly diverse performance materials with a broad spectrum of properties. The present review focuses on the biodegradable polyphosphazenes, their biocompatibility, and degradation behavior both in vitro and in vivo. This review also covers the use of biodegradable polyphosphazenes as controlled release devices.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Scheme 1.
Scheme 2.
Fig. 1.
Fig. 2.
Fig. 3.
Scheme 3.
Scheme 4.
Scheme 5.
Fig. 4.
Fig. 5.
Fig. 6.
Fig. 7.
Fig. 8.
Fig. 9.
Fig. 10.
Fig. 11.
Fig. 12.
Fig. 13.

Similar content being viewed by others

References

  1. B. D. Ratner, S. J. Bryant, (2004) Annu. Rev. Biomed. Eng. 6: 41

    Article  CAS  Google Scholar 

  2. E. Schacht, J. Vandorpe, S. Dejardin, Y. Lemmouchi, L. Seymour, Biotech. Bioeng. 52, 102 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  3. S. Cohen, M. C. Bano, L. G. Cima, H. R. Allcock, J. P. Vacanti, C. A. Vacanti, R. Langer, Clin. Mater. 13: 3 (1993)

    Article  CAS  Google Scholar 

  4. M. Heyde and E. Schacht, in Applicative Aspects of Poly(organophosphazenes), R. D. Jaeger and M. Gleria, eds. (Nova Publishers, New York, 2004), pp. 1–32

  5. S. J. Huang, in Handbook of Polymer Synthesis, 2nd edition. H. R. Kricheldorf, O. Nuyken, and G. Swift, eds. (CRC Press, Florida, 2005), pp. 881–893

  6. C. T. Laurencin and A. M. A. Ambrosio, in Biodegradable Polymers, Vol. 2, R. Arshady, eds. (PBM Series, London, 2003), pp.153–173

  7. M. V Chaubal, A. S. Gupta, S. T. Lopina, D. F. Bruley, Crit. Rev. Therap. Drug Carrier Syst. 20, 295 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  8. D. S. Katti and C. T. Laurencin, in Advanced Polymeric Materials, G. O. Shonaike and S. G. Advani, eds. (CRC Press, Florida, 2003), pp. 479–525

  9. P. A. Gunatillake, R. Adhikari, Eur. Cells Mater. 5, 1 (2003)

    CAS  Google Scholar 

  10. K. Y. Lee, D. J. Mooney, Chem. Rev. 101, 1869 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  11. S. J. Huang, in Comprehensive Polymer Science, G. Allen and J. C. Bevington, eds. (Pergamon Press, Oxford, 1989), Chapter 21

  12. P. Jarrett, W. J. Cook, J. P. Bell, S. J. Huang, J. A. Cameron, Polym. Preprints 22, 351 (1981)

    CAS  Google Scholar 

  13. S. J. Huang, Encycl. Polym. Sci. Eng. 2, 220 (1985)

    CAS  Google Scholar 

  14. J. Kopecek, Prog. Polym. Sci. 9, 1 (1983)

    Article  CAS  Google Scholar 

  15. D. F. Williams, Clin. Mater. 10, 9 (1992).

    Article  CAS  Google Scholar 

  16. P. A. Gunatillake, R. Adhikari, Eur. Cells Mater. 5, 1 (2003).

    CAS  Google Scholar 

  17. U. S. Absorbable and Erodible Biomaterials Products Markets, Frost & Sullivan Report (Frost & Sullivan, Mountain View, CA, 1995), chap 10

  18. J. P. Vacanti and Robert Langer, in Synthetic Biodegradable Polymer Scaffolds, A. Atala and D. J. Mooney Asso. eds. (Springer, Boston, Birkhäuser, 1997)

  19. M. Schlechter, Business Communications Company Market Study – (2005) http://www.biz-lib.com/ZBUP175.html

  20. M. S. Taylor, A. U. Daniels, K. P. Andriano, J. Heller, J. Appl. Biomat. 5, 151 (1994)

    Article  CAS  Google Scholar 

  21. O. M. Bostman, H. K. Pihlajamaki, J. Bone Joint Surg. Am. 80, 1791 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  22. H. R. Allcock, Academic Press, New York, N.Y. 1972.

  23. H. R. Allcock, Chem. Rev. 72, 315 (1972).

    Article  CAS  Google Scholar 

  24. H. R. Allcock, Wiley Interscience, New Jersey, N.J. 2004.

  25. L. S. Nair, D. A. Lee, and C. T. Laurencin, in Handbook of Biodegradable Polymeric Materials and Their Applications, S. Mallapragada, B. Narasimhan, eds. (American Scientific Publishers, California, CA, 2005)

  26. S. Lakshmi, D. S. Katti, C. T. Laurencin Adv. Drug Deliv. Rev. 55, 467 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  27. A. Singh, N. R. Krogman, S. Sethuraman, L. S. Nair, J. L. Sturgeon, P. W. Brown, C. T. Laurencin, H. R. Allcock, Biomacromolecules, 7, 914 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  28. H. R. Allcock, J. Fuller, D. P. Mack, K. Matsumura, K. M. Smeltz, Macromolecules 10, 824 (1977)

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. H. R. Allcock, S. R. Pucher, A. G. Scopelianos, Macromolecules, 27, 1071 (1994).

    Article  CAS  Google Scholar 

  30. A. Singh, N. Krogman, S. Sethuraman, L. S. Nair, J. L Sturgeon, P. W. Brown, C. T. Laurencin, and H. R. Allcock, Abstracts of Papers, 230th ACS National Meeting, Washington, DC, United States, POLY-340 (2005)

  31. A. K. Andrianov, A. Marin, Biomacromolecules, 7, 1581(2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  32. L. Y. Qiu, K. J. Zhu, J. Appl. Polym. Sci. 77, 2987 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  33. J. H. Crommen, E. H. Schacht, E. H. Mense, Biomaterials, 13, 511 (1992).

    Article  CAS  Google Scholar 

  34. J. H. Crommen, E. H. Schacht, E. H. Mense, Biomaterials, 13, 601 (1992).

    Article  CAS  Google Scholar 

  35. A. K. Andrianov, A. Marin, P. Peterson, Macromolecules, 38, 7972 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  36. H. R. Allcock, S. R. Pucher, Macromolecules, 24, 23 (1991).

    Article  CAS  Google Scholar 

  37. H. R. Allcock, T. J. Fuller, Macromolecules, 13, 1338 (1980).

    Article  CAS  Google Scholar 

  38. J. Crommen, J. Vandorpe, E. Schacht, J. Control. Rel. 24, 167 (1993).

    Article  CAS  Google Scholar 

  39. W. Yuan, Q. Song, L. Zhu, X. Huang, S. Zheng, X. Tang, Polym. Int. 54, 1262 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  40. Y. Cui, X. Zhao, X. Tang, Y. Luo, Biomaterials 25, 451 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  41. L. S. Nair, D. A. Lee, J. D. Bender, E. W. Barrett, Y. E. Greish, P. W. Brown, H. R. Allcock, C.T. Laurencin, J. Biomed. Mater. Res. 76A, 206 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  42. E. W. Barrett, M. V. B. Phelps, R. J. Silva, R. P. Gaumond, H. R. Allcock, Biomacromolecules, 6, 1689, (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  43. M. T. Conconi, S. Lora, S. Baiguera, E. Boscolo, M. Folin, R. Scienza, P. Rebuffat, P. P. Parnigotto, G. G. Nussdorfer, J. Biomed. Mater. Res. 71A, 669, (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  44. C. T. Laurencin, M. E. Norman, H. M. Elgendy, S. F. El-Amin, H. R. Allcock, S. R. Pucher, A. A. Ambrosio, J. Biomed. Mater. Res. 27, 963 (1993)

    Article  CAS  Google Scholar 

  45. C. T. Laurencin, S. F. El-Amin, S. E. Ibim, D. A. Willoughby, M. A. Attawia, H. R. Allcock, A. A. Ambrosia, J. Biomed. Mater. Res. 30, 133 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  46. M. Gumusderelioglu, A. Gur, React. Funct. Polym. 52, 71 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  47. L. S. Nair, S. Bhattacharyya, J. D. Bender, Y. E. Greish, P. W Brown, H. R. Allcock, C. T. Laurencin, Biomacromolecules, 5, 2212 (2004).

    Article  CAS  Google Scholar 

  48. C. T. Laurencin, L. S. Nair, S. Bhattacharyya, H. R. Allcock, J. D. Bender, P. W Brown, and Y. E. Greish, US. 2005025630 (2005)

  49. H. R. Allcock, R. L. Kugel, J. Am. Chem. Soc. 87, 4216 (1965)

    Article  CAS  Google Scholar 

  50. H. R. Allcock, S. Kwon, S. R. Pucher, Polym. Preprints 31, 180 (1990)

    CAS  Google Scholar 

  51. H. R. Allcock, R. W. Allen, J. P. O’Brien, J. Am. Chem. Soc. 99, 3984 (1977)

    Article  CAS  Google Scholar 

  52. H. R. Allcock, P. E. Austin, and S. Kwon, U.S. 19891114 (1989)

  53. H. R. Allcock, S. R. Pucher, R. J. Fitzpatrick, K. Rashid, Biomaterials 13, 857 (1992)

    Article  CAS  Google Scholar 

  54. C. T. Laurencin, A. M. A. Ambrosio, T. W. Bauer, H. R. Allcock, M. A. Attawia, M. D. Borden, W. J. Gorum, and D. Frank, Proceedings of the Society for Biomaterials 24th Annual Meeting in Conjunction with the 30th International Symposium, San Diego, United States (1998)

  55. H. R. Allcock, R. J. Fitzpatrick, K. Visscher, L. Salvati, Chem. Mater. 4, 775 (1992)

    Article  CAS  Google Scholar 

  56. S. Cohen, M. C. Bano, K. B. Visscher, M. Chow, H. R. Allcock, R. Langer, J. Am. Chem. Soc. 112, 7832 (1990)

    Article  CAS  Google Scholar 

  57. A. K. Andrianov, S. Cohen, K. B. Visscher, L. G. Payne, H. R. Allcock, R. Langer, J. Control. Rel. 27, 69 (1993)

    Article  CAS  Google Scholar 

  58. H. R. Allcock, S. Kwon, Macromolecules 22, 75 (1989)

    Article  CAS  Google Scholar 

  59. S. Cohen, H. R. Allcock, and R. Langer, Recent Adv. Pharm. Ind. Biotechnol. Minutes Int. Pharm. Technol. Symp. 6th, 36 (1993)

  60. H. R. Allcock and S. Kwon, U.S. 19911001 (1991)

  61. K. Andrianov, L. G. Payne, K. B. Visscher, H. R. Allcock, R. Langer, J. Appl. Polym. Sci. 53, 1573 (1994)

    Article  CAS  Google Scholar 

  62. H. R. Allcock, S. Kwon, Macromolecules 21, 1980 (1988)

    Article  CAS  Google Scholar 

  63. H. R. Allcock, S. R. Pucher, M. L. Turner, R. J. Fitzpatrick, Macromolecules 25, 5573 (1992)

    Article  CAS  Google Scholar 

  64. H. R. Allcock, G. K. Dudley, Macromolecules 29, 1313 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  65. H. R. Allcock, A. M. A. Ambrosio, Biomaterials 17, 2295 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  66. H. R. Allcock and A. M. A. Ambrosio, US. 19990427 (1999)

  67. Y. Chang, E. S. Powell, H. R. Allcock, S. M. Park, C. Kim, Macromolecules 36, 2568 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  68. Y. Chang, H. R. Allcock, Advanced Materials 15, 537 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  69. Y. Chang, E. S. Powell, H. R. Allcock, J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 43, 2912, (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  70. H. R. Allcock, E. S. Powell, Y. Chang, C. Kim, Macromolecules 37, 7163 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  71. Y. Chang, R. Prange, H. R. Allcock, S. C. Lee, C. Kim, Macromolecules 35, 8556 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  72. S. E. M. Ibim, S. F. El-Amin, M. E. P. Goad, A. M. A. Ambrosio, H. R. Allcock, C. T. Laurencin, Pharm. Dev. Technol. 3, 55 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  73. S. E. M. Ibim, S. F. El-Amin, A. Ambrosia, H. Allcock, and C. T. Laurencin, Proc. Int. Symp. Control. Rel. Bioact. Mater. 21, 266 (1994)

  74. C. T. Laurencin, R. S. Langer, H. R. Allcock, and T. X. Neenan, PCT Int. Appl. 19881215 (1988)

  75. S. M. Ibim, A. M. A. Ambrosio, D. Larrier, H. R. Allcock, C. T. Laurencin, J. Control. Rel. 40, 31 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  76. C. T. Laurencin, S. E. M. Ibim, H. R. Allcock, A. M. A. Ambrosio, S. El-Amin, M. S. Kwon, Proc. Inter. Symp. Control. Rel. Bioact. Mater. 24, 971 (1997)

    Google Scholar 

  77. C. T. Laurencin, M. D. Borden, A. M. A. Ambrosio, M. A. Attawia, F. K. Ko, H. R. Allcock, and G. M. Morrill, ACS National Meeting, Boston, 216, POLY 246 (1998)

  78. A. M. A. Ambrosio, J. S. Sahota, C. Runge, S. M. Kurtz, S. Lakshmi, H. R. Allcock, C. T. Laurencin, IEEE Eng. Med. Biol. Mag. 22, 18 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  79. S. Bhattacharyya, S. Lakshmi, J. Bender, Y. E. Greish, P. W. Brown, H. R. Allcock, and C. T. Laurencin, Mater. Res. Soc. Symp. Pro. EXS-1, 157 (2004)

  80. Y. E. Greish, J. D. Bender, S. Lakshmi, P. W. Brown, H. R. Allcock, C. T. Laurencin, Biomaterials, 26, 1 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  81. S. Sethuraman, L. S. Nair, A. Singh, J. D. Bender, Y. E. Greish, P. W. Brown, H. R. Allcock, C. T. Laurencin Eng. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 845, 291 (2005).

    CAS  Google Scholar 

  82. C. T. Laurencin, J. L. Brown, and L. S. Nair, US Provisional Patent Appl. # o 60/808,994

  83. C. T. Laurencin, H. J. Koh, T. X. Neenan, H. R. Allcock, R. Langer, J. Biomed. Mater. Res. 21, 1231 (1987)

    Article  CAS  Google Scholar 

  84. F. Langone, S. Lora, F. M. Veronese, P. Caliceti, P. P. Parnigotto, F. Valenti, G. Palma, Biomaterials, 16, 347 (1995)

    Article  CAS  Google Scholar 

  85. N. N. Aldini, M. Fini, M. Rocca, L. Martini, R. Giardino, P. Caliceti, F. M. Veronese, S. Lora, M. C. Maltarello, J. Bioact. Compat. Polym. 12, 3 (1997)

    CAS  Google Scholar 

  86. F. M. Veronese, F. Marsilioa, S. Lora, P. Caliceti, P. Passi, P. Orsolini, Biomaterials, 20, 91 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  87. C. T. Laurencin, H. R. Allcock, S. E. M. Ibim, A. M. A. Ambrosio, and M. S. Kwon, U.S. 6077916 (2000)

  88. S. E. M. Ibim, A. M. A. Ambrosio, M. S. Kwon, S. F. Al-Amin, H. R. Allcock, C. T. Laurencin, Biomaterials, 18, 1565 (1997)

    CAS  Google Scholar 

  89. L. S. Nair, J. D. Bender, A. Singh, S. Sethuraman, Y. E. Greish, P. W. Brown, H. R. Allcock, C. T. Laurencin, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 844, 319 (2005)

    Google Scholar 

  90. A. M. A. Ambrosio, H. R. Allcock, D. S. Katti, C. T. Laurencin, Biomaterials, 23, 1667 (2002).

    Article  CAS  Google Scholar 

  91. L. Y Qiu, K. J. Zhu, Polym. Int. 49, 1283 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  92. L. Y. Qiu, Polym. Int. 51, 481 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  93. L. Qiu, Shengwu Yixue Gongchengxue Zazhi, 19, 191 (2002)

    CAS  Google Scholar 

  94. Y. Lemmouchi, E. Schacht, S. Dejardin, J. Bioact. Compat. Polym. 13, 4 (1998)

    CAS  Google Scholar 

  95. B. H. Lee, S. C. Song, Macromolecules, 37, 4533 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  96. S. B. Lee, S.C. Song, J. I. Jin, Y. S. Sohn, Macromolecules 32, 7820 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  97. S. C. Song, S. B. Lee, J. Jin, Y. S. Sohn, Macromolecules 32, 2188 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  98. S. B. Lee, S. C. Song, Polym. Int. 54, 1225 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  99. J. X. Zhang, L. Y. Qiu, Y. Jina, K. J. Zhub, Coll. Surf. B: Biointerfaces, 43, 123 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  100. H. R. Allcock, A. Singh, A. M. A. Ambrosio, W. R. Laredo, Biomacromolecules, 4, 1646 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  101. http://www.vido.org/research/vaccine_fd/index.php#polyphos

  102. J. H. Goedemoed, K. De Groot, Makromol. Chem. Macromol. Symp. 19, 341 (1988)

    CAS  Google Scholar 

  103. Y. Lemmouchi, E. Schacht, S. Dejardin, J. Vandorpe, L. Seymour, Macromol. Symp. 123, 103 (1997)

    CAS  Google Scholar 

  104. C. T. Laurencin, C. D. Morris, H. P. Jacques, E. R. Schwartz, A. R. Keaton, L. Zou, Polym. Adv .Technol. 3, 359 (1992)

    Article  CAS  Google Scholar 

  105. C. T. Laurencin, Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA (1987)

  106. S. Sethuraman, L. S. Nair, S. El-Amin, R. Farrar, M. N. Nguyen, A. Singh, H. R. Allcock, Y. E. Greish, P. W. Brown, C. T. Laurencin, J. Biomed. Mater. Res. Part A, 7A, 679 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  107. S. Nagel and M. Boxberger, Eur. Pat. Appl. 9 pp. EPXXDW EP 1179353 A1 20020213 (2002)

  108. S. Cohen, A. K. Andrianov, M. Wheatley, H. R. Allcock, and R. S. Langer, U.S. 19961008 (1996)

  109. S. Cohen, A. K. Andrianov, M. Wheatley, H. R. Allcock, and R. S. Langer, U.S. 12 pp., A19960130 (1996)

  110. A. K. Andrianov, A. Marin, J. Chen, Biomacromolecules 7, 394 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  111. A. K. Andrianov, Y. Y. Svirkin, M. P. LeGolvan, Biomacromolecules, 5, 1999 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  112. B. H. Lee, Y. M. Lee, Y. S. Sohn, S.C. Song, Polym. Int. 51, 658 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  113. M. V. B. Phelps, H. R. Allcock, PMSE Preprints, 91, 550 (2004)

    CAS  Google Scholar 

  114. K. Andrianov, L. G. Payne, K. B. Visscher, H. R. Allcock, R. Langer, Polym. Preprints, 34, 233 (1993)

    CAS  Google Scholar 

  115. H. R. Allcock, W. R. Laredo, J. D. Bender, A. M. A. Ambrosio, Polym. Preprints, 43, 654 (2002)

    CAS  Google Scholar 

  116. J. Luten, J. H. van Steenis, R. van Someren, J. Kemmink, N. M. E. Schuurmans-Nieuwenbroek, G. A. Koning, D. J. A. Crommelin, C. F. van Nostrum, W. E. Hennink, J. Control. Rel. 89, 483 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  117. M. A. E. M. van der Aa, G. A. Koning, C. d’Oliveira, R. S. Oosting, K. J. Wilschut, W. E. Hennink, D. J. A. Crommelin, J. Gene. Med. 7, 208 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  118. H. K. de Wolf, J. Luten, C. J. Snel, C. Oussoren, W. E. Hennink, G. Storm, J. Control. Rel. 109, 275 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  119. Y. J. Jun, J. I. Kim, M. J. Jun, Y. S. Sohn, J. Inorg. Biochem. 99, 1593 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  120. S. Conforti, S. Bertani, S. Lussignoli, L. Grigolini, M. Terzi, S. Lora, P. Caliceti, F. Marsilio, F. M. Veronese, J. Pharm. Pharmacol. 48, 468 (1996)

    CAS  Google Scholar 

  121. S. Lora, M. Carenza, G. Palma, G. Pezzin, P. CaJicetit, P. Battagliaz, A. Lora, Bomaterials, 12, 275 (1991).

    Article  CAS  Google Scholar 

  122. H. R Allcock, S. R. Pucher, A. G. Scopelianos, Biomaterials, 15, 563 (1994)

    Article  CAS  Google Scholar 

  123. Y. Chang, J. D. Bender, M. V. B. Phelps, H. R. Allcock, Biomacromolecules 3, 1364 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

Download references

Acknowledgments

The authors gratefully acknowledge funding from the NIH (R01 EB004051 and R01 AR052536). Dr. Laurencin was the recipient of a Presidential Faculty Fellow Award from the National Science Foundation.

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Cato T. Laurencin.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Kumbar, S.G., Bhattacharyya, S., Nukavarapu, S.P. et al. In Vitro and In Vivo Characterization of Biodegradable Poly(organophosphazenes) for Biomedical Applications. J Inorg Organomet Polym 16, 365–385 (2006). https://doi.org/10.1007/s10904-006-9071-6

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10904-006-9071-6

Keywords

Navigation