El tratamiento del osteosarcoma comprende quimioterapia prequirúrgica seguida de cirugía radical y ciclos adicionales de quimioterapia, pero el pronóstico ha sido lejos de ser satisfactorio. No se han desarrollado nuevos medicamentos ni modalidades de tratamiento para uso clínico en las últimas cuatro décadas. Describimos una plataforma de entrega local de fármacos basada en nano-hidroxiapatita (HA) para la entrega de doxorubicina (DOX), un fármaco fundamental en el tratamiento del osteosarcoma. La eficacia del sistema de entrega de fármacos desarrollado se evaluó en un xenoinjerto humano de osteosarcoma ortotópico en la tibia proximal de ratones. Después del desarrollo del tumor, se resecó quirúrgicamente el tumor y se llenó el vacío con lo siguiente: (1) Sin tratamiento (G1); (2) solo nHA (G2); (3) nHA cargado con DOX (G3). La respuesta tumoral in vivo se evaluó mediante la evaluación de la osteólisis inducida por el tumor a las 2 semanas utilizando micro-CT, seguida de PET-CT in vivo a las 3 semanas y micro-CT ex vivo e histología. La imagenología por micro-CT reveló una destrucción completa de la metáfisis tibial en los grupos G1 y G2, mientras que la metáfisis estuvo protegida de la osteólisis en G3. La imagenología PET-CT utilizando F-FDG reveló una alta actividad metabólica en los tumores en G1 y G2, que se redujo significativamente en G3. Utilizando histología, pudimos verificar que la entrega local de DOX redujo la destrucción ósea y la carga tumoral en comparación con G1 y G2. No se pudo observar toxicidad fuera del objetivo en los órganos vitales en ninguno de los grupos de tratamiento histológicamente. Este estudio describe un nuevo enfoque de entrega de adyuvantes de fármacos locales que podría mejorar potencialmente el pronóstico para los pacientes que responden mal al tratamiento actual del osteosarcoma.