Abstract Small-scale robots capable of remote active steering and navigation offer great potential for biomedical applications. However, the current design and manufacturing procedure impede their miniaturization and integration of various diagnostic and therapeutic functionalities. Here, we present a robotic fiber platform for integrating navigation, sensing, and therapeutic functions at a submillimeter scale. These fiber robots consist of ferromagnetic, electrical, optical, and microfluidic components, fabricated with a thermal drawing process. Under magnetic actuation, they can navigate through complex and constrained environments, such as artificial vessels and brain phantoms. Moreover, we utilize Langendorff mouse hearts model, glioblastoma microplatforms, and in vivo mouse models to demonstrate the capabilities of sensing electrophysiology signals and performing localized treatment. Additionally, we demonstrate that the fiber robots can serve as endoscopes with embedded waveguides. These fiber robots provide a versatile platform for targeted multimodal detection and treatment at hard-to-reach locations in a minimally invasive and remotely controllable manner.

In this study, the feasibility of treating canine primary lung tumors with high-frequency irreversible electroporation (H-FIRE) was investigated as a novel lung cancer treatment option. H-FIRE is a minimally invasive tissue ablation modality that delivers bipolar pulsed electric fields to targeted cells, generating nanopores in cell membranes and rendering targeted cells nonviable. In the current study, canine patients (n = 5) with primary lung tumors underwent H-FIRE treatment with an applied voltage of 2250 V using a 2-5-2 µs H-FIRE waveform to achieve partial tumor ablation prior to the surgical resection of the primary tumor. Surgically resected tumor samples were evaluated histologically for tumor ablation, and with immunohistochemical (IHC) staining to identify cell death (activated caspase-3) and macrophages (IBA-1, CD206, and iNOS). Changes in immunity and inflammatory gene signatures were also evaluated in tumor samples. H-FIRE ablation was evident by the microscopic observation of discrete foci of acute hemorrhage and necrosis, and in a subset of tumors (n = 2), we observed a greater intensity of cleaved caspase-3 staining in tumor cells within treated tumor regions compared to adjacent untreated tumor tissue. At the study evaluation timepoint of 2 h post H-FIRE, we observed differential gene expression changes in the genes IDO1, IL6, TNF, CD209, and FOXP3 in treated tumor regions relative to paired untreated tumor regions. Additionally, we preliminarily evaluated the technical feasibility of delivering H-FIRE percutaneously under CT guidance to canine lung tumor patients (n = 2). Overall, H-FIRE treatment was well tolerated with no adverse clinical events, and our results suggest H-FIRE potentially altered the tumor immune microenvironment.