Burada, meme tümörü taşıyan farelerde doksorubisinle indüklenen kardiyotoksisite modeli geliştirilmiştir ve bunun kardiyo-onkoloji alanındaki gelecekteki çalışmalar için güçlü bir klinik öneme sahip olduğu düşünülmektedir. Amaç, bir hastanın tanı konulmuş bir kanserle hastaneye gelişinden, potansiyel olarak kardiyotoksik bir kemoterapi ile tedavi edilmesine kadar geçen klinik sürecini taklit etmektir. Protokol, pragmatik bir tasarım izlemekte ve dünya çapında erişilebilen immünokompetan fareler kullanmaktadır; böylece diğer ekiplerin bu çalışmayı farklı laboratuvarlarda tekrarlamasına olanak tanımaktadır. Yüksek tümör implantasyon başarı oranı, bu modeli gelecekteki kardiyo-onkolojik toksisite çalışmaları için güçlü bir aday yapmaktadır.
Bu protokoldeki yaygın hatalar arasında, düşük kalp hızına sahip farelere ekokardiyografi yapılması yer alır; bu durum, yapay olarak düşük bir fraksiyonal kısalma (FS) sonucu doğurabilir. Ekokardiyografik değerlendirme öncesinde farelerin anesteziklerin başlangıçtaki negatif kronotropik etkilerinden kurtulmasına izin vermek, doğru FS ölçümleri yapılmasını sağlar. Balb/c farelerde, mortalite oranı yüksek kalmaya devam ederse anestezik dozunun daha da düşürülmesi gerekebilir. Gözlemciler arası değişkenlik belirgin olabileceğinden43, çalışma boyunca tüm ekokardiyografik değerlendirmeler aynı deneyci tarafından gerçekleştirilmelidir. Tümör implantasyonu sırasında, enjeksiyon esnasında şırınganın erken çekilmesi çizgi şeklinde bir tümör oluşmasına neden olabilir ve bu tümörler, uygun enjeksiyonla oluşturulan tümörlerden daha büyük büyüyebilir. Doğru meme ucuna enjeksiyon yapılması da kritiktir, çünkü üst abdominal meme ucuna yerleşim, tümör gelişiminin ilerleyen aşamalarında ekokardiyografik değerlendirmeyi engelleyebilir. Her farenin karşılaştırılabilir sayıda hücre almasını sağlamak ve böylece protokol sonunda tümör boyutundaki varyasyonu en aza indirmek için, süspansiyondaki hücrelerin manuel olarak sayılması ve enjeksiyondan önce iyice karıştırılması önerilir. Haftalık kan örneği alınması gerektiğinde, doksorubisin tedavisi sonrası fareler daha hassas hale geldiği için toplanan hacim dikkatle kontrol edilmelidir. Daha büyük hacimler protokol sırasında mortaliteyi artırabileceği için, her örnekleme zaman noktasında toplam maksimum 50 µL kan hacmi önerilir. Kan toplama sıklığı ve hacmi ayrıca yerel hayvan etiği gerekliliklerine ve kurumsal hayvan tesisi kılavuzlarına uygun olmalıdır. Örneklenen kan hacminin, subkütan olarak uygulanan eşdeğer hacimde salin ile değiştirilmesi, kan toplama sonrası sıvı kaybının telafi edilmesine yardımcı olabilir.
Bu doks-prosedürünü karşılaştırmak amacıyla, AIC hayvan modelleri üzerine yakın zamanda yayınlanmış bir inceleme, preklinik modellerin çoğunun (%88) tekrarlanan Dox enjeksiyonları kullandığını ve sonuç ölçümlerini (genellikle ekokardiyografi yoluyla) birkaç hafta sonra gerçekleştirdiğini gözlemlemiştir29. Makalelerin çoğu, muhtemelen dayanıklılığı ve düşük maliyeti nedeniyle C57Bl/6J suşunun (%73,8) kullanıldığını bildirmiştir29. Maalesef, önemli sayıda çalışma, AC'leri enjekte etmeden önce tümörün hayvan biyolojisi üzerindeki etkisini göz ardı etmiştir17,29. 736 çalışmadan sadece 46'sı tümör taşıyan modeller bildirmiş, bunlardan 12'si Balb/c farelerde 4T1 hücre hattını (triple-negatif benzeri meme kanseri) kullanmış ve sadece biri C57Bl/6J farelerde bir meme kanseri modeli (daha spesifik olarak EGFR2-pozitif benzeri meme kanseri) olmuştur29. Başka bir çalışmada EGFR-2-pozitif benzeri meme kanseri ile C57Bl/6J kullanılmış ancak kemoterapinin başlangıcından önce tümör büyümesine izin verilmemiştir; bu durum, modelin translasyonel yönünü sınırlamaktadır32.
İmmün yetmezlik fareleri kullanılarak oluşturulan xenograft modelleri, insan tümör hücre hatlarının kullanımına izin verir ancak fonksiyonel bir bağışıklık sisteminden yoksundurlar; bu durum, bağışıklık aracılı kardiyotoksisite mekanizmalarının incelenmesini kısıtlamakta ve bağışıklık kontrol noktası inhibitörlerine bağlı kardiyotoksisitenin artan önemi göz önüne alındığında büyük bir sınırlama teşkil etmektedir. Kardiyo-onkoloji alanında büyük hayvan modelleri ortaya çıkmaktadır, ancak bu modeller yüksek maliyet ve sınırlı genetik mühendisliği kapasitesi gibi dezavantajlara her zaman sahip olacaktır44. In vitro ve 2D/3D insan hücre tabanlı sistemler (örneğin, insan iPSC türevli kardiyomiyositler, kardiyak organoidler), yüksek kapasiteli mekanistik ve toksikolojik taramaya olanak tanır ancak in vivo modeller tarafından yakalanan entegre, tüm organizma fizyolojisini (hemodinamik, nörohormonal regülasyon, immün etkileşim) yeniden canlandıramazlar. Bu yaklaşımlarla karşılaştırıldığında, bu syngeneic, immünokompetan, tümör taşıyan model, daha yüksek biyolojik değişkenlik, bazı suşlarda daha yüksek mortalite ve daha basit in vitro veya tümör taşımayan in vivo modellere göre daha düşük kapasite pahasına, tümör yükü ile kemoterapi kaynaklı kardiyotoksisite arasındaki etkileşimi incelemek için klinik olarak daha uygun bir bağlam sunar.
Bugüne kadar çoğunlukla kullanılan tümör taşımayan AC kardiyotoksisite modelleri; yüksek tekrarlanabilirlik, düşük maliyet ve daha kolay ekokardiyografik ile sağkalım değerlendirmeleri sunsa da, hastalarda kardiyotoksisitenin ilgili karıştırıcı faktörleri olarak giderek daha fazla kabul edilen tümör yükünün sistemik etkilerini, kanserle ilişkili inflamasyonu ve kaşeksiyi kalpte yakalayamaz17,45. Ayrıca, kalbin metabolik yeniden programlanması ve dolayısıyla kontraktil fonksiyonu, D-2-hidroksiglutarat veya süksinat gibi salgılanan onkometabolitler tarafından değiştirilebilir14. Bu nedenle, çeşitli omik yaklaşımlar (örneğin proteomik ve metabolomik) kullanılarak kardiyak biyokimyasal analiz için bir kardiyo-onkologik model oluşturulacaksa, kemoterapiden önce tümörün varlığı esastır. Literatürde tutarlı olmasa da, tümörün tek başına belirgin kardiyak disfonksiyonu tetikleyebileceğine dair bazı kanıtlar da bulunmaktadır. Bazı modeller tümör inokülasyonunun FS veya elektriksel iletim parametreleri üzerinde zararlı bir etkisi olduğunu gösterirken, diğerleri tümör varlığının fareleri transvers aortik konstriksiyon tarafından indüklenen yeniden modellemeden koruduğunu bulmuştur11,13,46. Ön hipoteze bağlı olarak, tümör taşımayan hayvanlara da ihtiyaç duyulmaktadır. Bu hayvanlar, kemoterapötik ajanın doğrudan kardiyotoksik etkisinin, tümörün kendi karıştırıcı etkisindenle ayrıştırılabileceği tek ortamı oluşturur ki bu, nedenselliğin kurulması ve ilaca özgü etki mekanizmalarının aydınlatılması için temel bir ön koşuldur. Bu hayvanlar, antikanser tedavi etkisi ve bunun tümörle kardiyotoksisite üzerindeki etkileşimi için kontroller olarak hizmet edecektir. Bu karşılaştırıcı olmadan, gözlenen kardiyak fenotipin hangi bileşeninin ilaca, tümöre veya bunların etkileşimine atfedilebileceğini ayırt etmek imkansız olacaktır. Bu ayrım sadece mekanistik anlayış için değil, aynı zamanda kardiyoprotektif stratejilerin rasyonel tasarımı için de kritiktir. Bu nedenle, bu modellerin her birinin farklı ve tamamlayıcı bilimsel sorulara yanıt verdiği ve tek başına hiçbir modelin klinik kardiyo-onkolojinin karmaşıklığını tam olarak yeniden oluşturmak için yeterli olmadığı kabul edilmelidir; sağlam mekanistik ve translasyonel sonuçlara varmak için genellikle her ikisinin kombine veya ardışık kullanımı gereklidir.
Bu protokolde kardiyotoksisite, orta dereceli asemptomatik kanser tedavisine bağlı kardiyak disfonksiyonu sol ventrikül ejeksiyon fraksiyonunda (LVEF) meydana gelen bir azalma olarak tanımlayan 2022 ESC Kardiyo-onkoloji Kılavuzları'na göre tanımlanmıştır: >%40 ile %49 arasında LVEF'e sahip %1016Ancak, doğru LVEF kantifikasyonu için ultrason cihazında 3B modül gereklidir.39Sistolik kalp fonksiyonunun yanlış değerlendirilmesini önlemek ve daha eski ultrason cihazlarını kullanan laboratuvarlarda uygulanabilecek basit bir protokol sürdürmek amacıyla, ESC tarafından belirlenen kriterlerin aynısı ile farelerde M-modu analizi aracılığıyla doğru ve kolayca elde edilebilen FS'nin, kalp disfonksiyonu belirteci olarak kullanılması tercih edilmiştir. Bu protokol kullanıldığında, hayatta kalan farelerin %90'ı kardiyotoksisite kriterlerini karşılamaktadır; bu durum, protokolü gelecekteki translasyonel çalışmalar için güçlü bir aday haline getirmektedir. Dox'un kardiyotoksik etkisi, Balb/c farelerde makroskobik değerlendirme (azalmış kalp ağırlığı) ile doğrulanmıştır. C57Bl/6 farelerde sadece tümör içeren bir grup çalışmaya dahil edilmemiştir; bu nedenle, bu suş için henüz bir karşılaştırma mevcut değildir. Ayrıca, tümör taşımayan C57Bl/6 farelerde, Dox dozu, antrasiklin kardiyotoksisitesinin mekanizmaları üzerine önceki literatürle tutarlı olan şu değişiklikleri tetiklemiştir: artmış atrofi, oksidatif stres ve apoptoz.19,20.
Bununla birlikte, speckle-tracking global longitudinal strain (GLS) gibi hastalarda kullanılan daha modern değişkenler, teknik nedenlerle burada nicelendirilmemiştir. Eğer yerel olarak mümkünse, GLS'nin nicelendirilmesi ek bir değer sağlayacaktır; çünkü GLS, erken dönem kardiyak hasarı tespit etmede genellikle daha duyarlı kabul edilmektedir23. Kardiyotoksisite tespitinin kesinliğini artırmak için troponin gibi dolaşımdaki kardiyak biyobelirteçler de değerlendirilebilir; ancak, farelerde bu analizler için geleneksel olarak gereken plazma miktarı, bu hayvanların düşük toplam kan hacmi nedeniyle sınırlayıcı bir faktör olabilir. Ayrıca, Dox tedavisi sonrası bu hayvanların hassasiyeti, kan örneği alımı sırasında veya sonrasında mortalite oranlarını artırabilir. Son bir sınırlayıcı faktör ise, bu biyobelirteçler için kullanılan analizlerin hassasiyetidir ve bu durum genellikle yorumlamayı zorlaştırabilmektedir.
Tüm ultrason görüntülemeleri deneyimli aynı araştırmacı tarafından yapılmasına rağmen, tedavi uygulanmamış Balb/c farelerinde bile haftalar arasında yüksek varyasyon gözlemlenmiştir. Bu durum, suşun ketamin anestezisine olan hassasiyetiyle açıklanabilir47. Nitekim, başlangıçta anestezi altındaki prosedürler sırasında yüksek mortalite oranları gözlenmiş ve bu durum protokolün sonuna ulaşan hayvan sayısının azalmasına yol açmıştır; sonuç olarak Balb/c fareleri için kullanılan ketamin dozu 80 mg/kg'dan 40 mg/kg'a düşürülmüştür. Dox uygulanan Balb/c farelerinin sağkalım grafiklerine bakıldığında, bazı ölümlerin anestezi aşamasında (haftalık ekokardiyografi) meydana geldiği, ancak ölümlerin çoğunun herhangi bir aktif işlem olmaksızın hayvan barınağında gerçekleştiği görülmektedir; bu da Dox'un bu farelerdeki mortalitenin temel nedeni olduğunu vurgulamaktadır. Yine de, iki veya daha fazla suş karşılaştırılırken bu model için sağkalım grafiklerini yorumlarken anestezi kaynaklı ölümleri göz önünde bulundurmak önemlidir. Anestezi kaynaklı ölüm riskini azaltmak için ekokardiyografi uyanık farelerde de yapılabilir, ancak bu durum farelerin protokole dahil edilmeden önce eğitim ve alıştırma sürecinden geçmesini gerektirir. Dox ile ilgili olarak, azaltılmış dozlarda bile Balb/c farelerinin neredeyse yarısı protokolün sonuna ulaşamamıştır. Daha düşük Dox dozlarıyla kardiyotoksisite indüklemesi denenebilir, ancak bu durum kardiyotoksisite kriterlerini karşılayan hayvan sayısını azaltma riski taşır. Bir diğer strateji, her Dox enjeksiyonundan sonra hayvanın toparlanması için daha fazla süre tanımak olabilir; bu yöntem burada uygulanmamıştır ancak literatürde sağkalımı artırdığına dair kanıtlar bulunmaktadır29.
Bu model oluşturulurken yapılan, Balb/c farelerinin Dox'a C57Bl/6J farelerinden daha duyarlı olduğu ve dişilerin Dox'a erkeklerden daha dirençli olduğu yönündeki gözlemler, önceki literatürle29 uyumludur. Dahası, her iki fare suşunda elde edilen benzer ve tekrarlanabilir sonuçlar, önerilen bu modelin sağlamlığını daha da doğrulamaktadır. Kısa bir süre boyunca orta derecede yüksek günlük dozlar aracılığıyla yüksek kümülatif dozlara ulaşarak, yüksek sağkalım oranıyla birlikte yüksek kardiyotoksisite oranları elde edilmiştir. C57Bl/6J farelerinde bir meme kanseri modeli (PY8119, triple-negatif benzeri bir meme kanseridir) oluşturmak, bu farelerin transgenik modeller için temel genetik arka planlardan birini temsil etmeleri nedeniyle34 gelecek çalışmalar için büyük fayda sağlayacaktır. Seçilen enjeksiyon yönteminin etkinliğini destekleyen tümör inokulasyonlarının yüksek başarı oranı da bu model için gelecek vaat etmektedir. Ayrıca, bu farelerin yüksek Dox toleransı, sekonder kanser veya metastazın sık görülen klinik durumlarını taklit etmek amacıyla Dox ile yeniden uyarmaların yapıldığı daha uzun süreli çalışmalara kapı açmaktadır. Son olarak, organ örnekleme protokolü; tüm katı organların, tümörlerin ve bunların interstisyel sıvısının, ayrıca kemik iliğinin ve stromasının toplanmasını sağlayarak modelin oldukça kapsamlı bir şekilde analiz edilmesine olanak tanır.
Bu modelin bazı sınırlamaları vardır. Pragmatik tasarımı nedeniyle ve invaziv cerrahiyi önlemek amacıyla, tümörün kesin konumu (yani, deri altı yağ dokusu yerine doğru meme bezi), bilimsel soruya bağlı olarak büyük önem taşıyabilecek bir husus olmasına rağmen, deri altı enjeksiyon ile tam olarak kontrol edilememektedir48. Eğer kesin kanser bölgesi enjeksiyonuna ihtiyaç duyulursa, ortotopik enjeksiyon gerçekleştirmek için daha kapsamlı bir cerrahi daha uygun olabilir; ancak hacim, latans ve insidans enjeksiyon yönteminden bağımsız olarak benzer sonuçlar verdiğinden, bu durum esas olarak tümör biyokimyasal analizi planlandığında önem taşımaktadır48. Ayrıca, sadece AC'lerin kullanımının, hastaların sıklıkla siklofosfamid veya cisplatin gibi kombinasyon rejimleri aldığı klinik durumla mükemmel şekilde korele olmadığı savunulabilir. Bu, gerçekten de bu protokol için bir sonraki tasarım olabilir; ancak kullanılan her kemoterapi için doz adaptasyonu dikkatle yapılmalıdır. Dahası, Dox tedavisinin başlangıcından 3 hafta sonra Balb/c farelerde %50'nin üzerindeki mortalite oranı hala çok yüksektir; doz azaltımı, belki daha az belirgin bir kardiyotoksisite pahasına sağkalımı artırabilir. Ayrıca, bu modelde kullanılan dozlarla ilgili olarak, bunların günümüzde insanlarda yaygın olarak kullanılan dozlardan daha yüksek olduğu ve bunun bu modelin translasyonel potansiyelini sınırlayabileceği belirtilmelidir.