第一部分PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥的制备及其力学性能的研究目的制备含有不同比例Fe₃O₄纳米粒的磁性骨水泥,测量其基本性质,液固相变性能和力学性能。方法制备Fe₃O₄质量分数分别为0%、3%、6%和9%的PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥。通过电镜观察骨水泥固化后的微观结构。按照ISO5833:2002（E）标准制作标准试样,通过“抗压试验”,“三点弯曲试验”测量不同磁性骨水泥的抗压强度,抗弯强度和弯曲模量。通过测量骨水泥的聚合温度,凝结时间,可注射性以及骨水泥固化阶段分期确定其液固相变性能。结果成功制备不同含Fe₃O₄的磁性骨水泥,在电镜下测量PMMA-6%Fe₃O₄内的Fe₃O₄纳米颗粒直径为50-100 nm,均匀分布在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基质周围,元素扫描显示各元素分布均匀,其中C、O、Fe、Zr的质量百分比分别为26.63%、28.73%、14.25%和30.39%。磁性骨水泥随其所含Fe₃O₄比例的增加,而导致抗压强度下降,抗弯强度下降,弯曲模量增加,聚合温度下降,凝结时间增加,可注射性增加。含9%Fe₃O₄的磁性骨水泥由于其抗压强度过低,未达到ISO5833:2002（E）标准而不被纳入后续动物实验研究。结论混合不同的Fe₃O₄后,所制备的磁性骨水泥的基本性质和力学性能产生了差异,部分具体性能差异显著（P<0.05）。含0%,3%和6%Fe₃O₄的磁性骨水泥力学性能达标,可以用于后续实验研究。第二部分探究PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥的体外磁热性能目的在体外实验中,研究PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥在交变磁场中的磁热性能。方法根据第一部分的制备方法,将0.15 m L含0,3,6,9%Fe₃O₄的磁性骨水泥在工作期内制作成球状并在室温条件下放置24小时;放入含有1.5 m L生理盐水的EP管（2 m L规格）内;将EP管放置于磁感应加热仪（磁热仪）的线圈内,暴露于交变磁场内连续180 s。使用红外热像仪每隔10 s记录一次温度变化,得到时间-温度曲线并以此筛选后得出最佳Fe₃O₄含量的PMMA-Fe₃O₄。再制备0.1 m L和0.2 m L该最优浓度的PMMA-Fe₃O₄小球,再次放入生理盐水内加热,观察相同浓度下不同体积PMMA-Fe₃O₄的时间-温度曲线。将0.15 m L最优浓度的骨水泥球切成大小相同的两个半球,将一个半球的球面埋入4 cm×2cm×2 cm的牛肝一端,而切面保持和牛肝表面平行。将有小球的一端牛肝暴露交变磁场内持续180 s,使用红外热像仪每隔10 s记录一次小球切面周围牛肝的温度变化,再使用Analyz IR 7.1软件分析距离小球表面不同距离的牛肝在不同时间的温度变化,得到温度-距离-时间曲线。将完整的骨水泥小球埋入2 cm×2 cm×2 cm的牛肝块内,然后将牛肝块放入交变磁场内连续暴露180 s,使用红外热像仪记录牛肝表面温度变化。分别在暴露120 s,150 s和180 s后将牛肝切开,测量牛肝凝固性坏死的范围。结果在磁性骨水泥的配比中,Fe₃O₄所占的比例越大,磁热性能越强;磁性骨水泥体积越大,磁热性能越好。磁感应加热时间越长,发生凝固性坏死的区域越大。在加热150 s后,距离骨水泥球表面1 mm的温度为82.7±13.8°C,以后每间隔0.5 mm,直到距离5 mm的温度依次为71.2±5.5°C,61.4±2.8°C,53.8±0.4°C,47.5±0.2°C,44.5±0.3°C,40.8±0.2°C,38.4±0.5°C和36.9±0.9°C。加热150 s后的牛肝消融距离为3.06±0.24 mm。结论PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥的磁加热性能好并且可调控。对于不同大小的骨肿瘤可选择相对应的磁加热时间来达到较好的消融治疗效果:既保证热消融的有效温度范围全面覆盖骨肿瘤,又避免过长加热导致正常组织损伤。为后续的动物体内原位骨肿瘤磁热治疗提供全面的数据支撑。第三部分探究PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥的生物安全性目的探究PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥植入活体动物体内之后,通过测量动物机体生理指标的变化来评价该磁性骨水泥的生物安全性,为磁性骨水泥的临床转化提供实验依据。方法根据以上两部分实验的结果,筛选出PMMA-6%Fe₃O₄磁性骨水泥为最优配比,使用该配比用于生物安全性实验。将0.15 m L PMMA-6%Fe₃O₄注入9只新西兰大白兔的右侧大腿外侧肌肉内。在注射前,注射后第1,7,14,21和28天经耳缘静脉抽取其中6只兔的3m L血液进行血细胞计数及血清学检测。检测指标包括红细胞计数,白细胞计数,血红蛋白,血小板计数;丙氨酸转氨酶,天冬氨酸转氨酶;肌酐,血尿素氮;肌酸激酶,乳酸脱氢酶水平。对于剩余的3只兔,于28天处死后采集心脏,肝脏,脾脏,肺脏,肾脏和骨水泥周围的肌肉组织行H&E染色,并同正常兔的对应脏器的正常切片进行比较,观察脏器有无异常。结果在注射前,注射后第1,7,14,21和28天,所有血液学和血清学检查结果未见显著性差异。在第28天的内脏切片,同正常兔的脏器切片比较未见异常。PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥附近的肌肉组织无白细胞聚集,无明显肌肉细胞坏死。结论PMMA-Fe₃O₄磁性骨泥植入后,不会引起局部炎症反应;对血液系统,免疫系统,心功,肝功和肾功未见明显影响;对心脏,肝脏,脾脏,肺脏和肾脏无明显损害。PMMA-Fe₃O₄磁性骨泥具有良好的生物安全性。第四部分建立兔VX2胫骨平台原位骨肿瘤模型并探究PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥对带瘤兔腿的内在机械支撑性能目的建立兔VX2胫骨平台原位骨肿瘤模型。探讨PMMA-Fe₃O₄磁性骨水泥对离体带瘤兔小腿骨支撑能力的影响。方法从接种VX2的瘤兔体内剥离肿瘤瘤体,将鱼肉样的白色新鲜肿瘤切割分离成约1 mm³大小的瘤块。实验兔麻醉完毕后,将2颗瘤块通过骨髓穿刺针送入兔胫骨平台内并使用明胶海绵封闭针道。于种植后第14天进行CT扫描并测量,当胫骨平台的骨质破坏体积达到约180.0 mm³后记为建模成功,可进行后续实验。将12个带瘤兔小腿骨随机平均分为骨水泥组（PMMA-6%Fe₃O₄）,在骨水泥组基础上经交变磁场加热的磁热组（PMMA-6%Fe₃O₄-H）和无干预的对照组（Tumor）;4个离体健康兔小腿骨归入正常组（Normal）。在CT引导下,在骨水泥组和磁热组的胫骨平台肿瘤,注入150μL PMMA-6%Fe₃O₄磁性骨泥,磁热组在注入骨水泥后进行磁性加热。使用动静态疲劳试验机对每个离体兔小腿骨的抗压性能进行测试,在兔腿被压断之前的能承受的最大压力（compressive force）为该兔小腿骨的抗压性能,并根据下压的距离计算该兔小腿骨的刚度（stiffness）。结果使用穿刺建模法对7只新西兰大白兔的双侧胫骨平台进行建模,成功建立13个模型,建模成功率93%。对照组,水泥组,磁热组,正常组的兔小腿骨最大压力分别为176.33±19.42 N,275.00±85.99 N,285.00±72.43 N,301.00±29.61 N;刚度分别为222.33±23.39 N/mm,295.33±58.59 N/mm,328.00±40.49 N/mm,345.33±98.31 N/mm。水泥组,磁热组和正常组的最大压力和刚度明显高于对照组（P<0.05）,水泥组,磁热组和正常组之间的最大压力和刚度无统计学差异（P>0.05）。结论使用穿刺建模法建立兔VX2胫骨平台原位肿瘤模型成模率高,成模后CT下可见骨质破坏这一典型骨肿瘤特征,是一种方便高效的胫骨平台原位骨肿瘤模型建立方法。PMMA-6%Fe₃O₄磁性骨泥注入肿瘤引起的骨缺损后可以显著提高兔腿小腿骨的抗压性能,并达到接近正常兔腿的抗压性能;离体兔腿骨的骨缺损经磁性骨水泥填充后,无论是否激发骨水泥产热,都可以明显增加瘤骨的抗压性能。第五部分CT引导下PMMA-6%Fe₃O₄磁性骨水泥磁热消融/力学支撑治原位骨肿瘤目的制备具有可靠力学支撑性能和高效磁热性能的磁性骨水泥材料（PMMA-Fe₃O₄）,并探讨其在外加交变磁场作用下对兔原位骨肿瘤的热消融效果。方法根据前四部分的结果,将筛选出的150μL最优配比磁性骨水泥（PMMA-6%Fe₃O₄）。将60只单侧建模的新西兰兔随机分为3组,分别为骨水泥组（PMMA-6%Fe₃O₄）,热疗组（PMMA-6%Fe₃O₄-H）和对照组（Tumor）。骨水泥组在CT引导下注入150μL PMMA-6%Fe₃O₄骨水泥于骨缺损处但不进行磁感应加热;热疗组在CT引导下注入150μL PMMA-6%Fe₃O₄骨水泥后暴露于交变磁场中持续150 s进行磁感应加热治疗,使用红外热像仪每隔10 s记录一次温度;对照组在CT引导下注入150μL生理盐水。在干预后第1天,每组随机处死3只新西兰兔,并取病变处骨标本作H&E染色,观察肿瘤生长情况。在干预后第4天,每组随机处死3只实验兔,并作H&E染色,PCNA和TUNEL免疫组化检查;计算增殖指数和凋亡指数。这剩余的14只实验兔均于干预后1,4,7,14,21,28,35,42,49和56天进行CT检查,并在CT图像上测量出骨质破坏的体积;此外在这几个时间点使用软尺测量胫骨平台处的小腿周径,使用电子秤测量各兔体重。磁热组在CT上测量胫骨平台上缘皮质骨厚度,胫骨平台上缘皮质骨CT值。所有实验兔在第56天处死后观察内脏各脏器有无肿瘤转移发生;此外在全程随访的过程中,记录每只兔存活时间,各兔死亡后均进行解剖,观察有无肿瘤内脏转移。结果热疗组共11只兔（78.57%）存活到了第56天,2只发生了内脏转移,平均骨质破坏体积无明显增加,平均小腿周径无明显增大,平均体重明显增加,平均胫骨平台上皮质骨厚度和CT值明显增加;骨水泥组兔最长存活时间为30天,10只兔发生了内脏转移,平均骨质破坏体积明显增加,平均小腿周径明显增大,平均体重显著下降。对照组兔最长存活时间为28天,8只发生了内脏转移,平均骨质破坏体积明显增加,平均小腿周径明显增加,平均体重显著下降。病理检查结果显示:在干预后第一天,热疗组兔腿骨的材料周围可见大量凝固性坏死的肿瘤组织,而骨水泥组和对照组可见大量肿瘤细胞;在干预后第四天,热疗组的凋亡指数最高而增殖指数最低;对照组凋亡指数最低而增殖指数最高;骨水泥组凋亡指数低,并且和对照组凋亡指数无显著差异,增殖指数显著低于对照组同时显著高于热疗组。结论PMMA-6%Fe₃O₄磁性骨水泥可以在CT引导下精确可控的注射到兔胫骨平台肿瘤引起的骨缺损内。在连续暴露外加交变磁场150 s后,该磁性骨水泥可以导致肿瘤组织出现明显坏死,促进肿瘤细胞凋亡同时抑制肿瘤细胞增殖;对周围正常组织无明显损害。VX2原位胫骨平台肿瘤的模型兔,经过磁热治疗后生存时间显著高于单纯骨水泥填充组和对照组。PMMA-6%Fe₃O₄磁性骨水泥具有骨缺损修复支撑和磁热消融肿瘤的双重性能,同时材料本身来源于临床,具有潜在的临床应用价值和较高的临床转化前景。