Experimental assessment of the neurotoxicity of antitumor drugs in Danio rerio fish

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Neurotoxicity is one of the specific complications of antitumor therapy, which is a serious problem both during the therapy itself and when creating models for its study. Behavioral tests on Danio rerio fish act as an excellent model for creating neurotoxicity and allow to evaluate it in the shortest possible time.

AIM: To evaluate the neurotoxic properties of the anticancer drugs doxorubicin and oxaliplatin on Danio rerio (zebrafish) fish through behavioral tests and their evaluation using a program for manual processing of animal behavior.

MATERIALS AND METHODS: 45 adult Danio rerio fish were used in the study. Three groups were formed: control group (n = 15), experimental group No. 1 (n = 15) — doxorubicin, experimental group No. 2 (n = 15) — oxaliplatin. A specific dose of the drug was selected for each experimental group. After completing the course of drugs, behavioral tests were conducted, which were recorded on a video camera and processed in the RealTimer application. All tests were repeated three days later to detect reversible neurotoxicity.

RESULTS: As a result of the effects of the antitumor drugs doxorubicin and oxaliplatin on Danio rerio fish, neurotoxic abnormalities were detected, which were noticed during behavioral tests: “Social interaction”, “Social preference” and “Aggression”. In the case of doxorubicin, the fish showed severe irritability and high activity, while the fish treated with oxaliplatin showed inhibition and frequent cases of freezing.

CONCLUSIONS: During the experiment, a new model was developed and tested to study the neurotoxicity of antitumor drugs on Danio rerio (zebrafish) fish. In addition to confirming the neurotoxicity of antitumor drugs, reversible nephrotoxicity of oxaliplatin was obtained. The study showed the possibility of using the program to evaluate test results in Danio rerio (zebrafish) fish.

About the authors

Khadizha A. Zairkhanova

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Author for correspondence.
Email: zairkhanova04@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-0058-5614
Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia V. Virina

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: virinanat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4168-0834
SPIN-code: 5594-4896
Russian Federation, Saint Petersburg

Sabina G. Nogaeva

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: nnogaeva17@mail.ru
ORCID iD: 0009-0003-4557-3099
Russian Federation, Saint Petersburg

Dmitry A. Kachanov

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: dmitrii.kachanovv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1528-1899
SPIN-code: 4912-7511
Russian Federation, Saint Petersburg

Tatiana А. Sergeeva

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: sergeeva_ta_d@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6458-5234
SPIN-code: 4174-5632

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Merabishvili VM, Belyaev AM. The state of oncology care in Russia: dynamics of five-year survival of patients with malignant neoplasms and its ranked distribution across all tumor sites. population study at the level of the northwestern federal district of Russia. Problems in oncology. 2023;69(2): 227–238. EDN: SXCTME doi: 10.37469/0507-3758-2023-69-2-227-237
  2. Bray F, Laversanne M, Sung H, et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2024;74(3):229–263. doi: 10.3322/caac.21834
  3. Romanov BK, Dmitrieva NB, Zatsepilova TA. The antitumoral medications. Russian Medical Journal. 2018;24(3):146–150. EDN: XWBUUH doi: 10.18821/0869-2106-2018-24-3-146-150
  4. Tryakin AA, Besova NS, Volkov NM, et al. Practical recommendations on the general principles of antitumor drug therapy. Malignant tumors. 2022;12(3S2–1):27–40. EDN: RCWUFL doi: 10.18027/2224-5057-2022-12-3s2-27-40
  5. Postnikov SS, Kostyleva MN, Grazianskaya AN, et al. Neurotoxicity of drugs. High-quality clinical practice. 2017;(4):68–72. EDN: YOSRQI doi: 10.24411/2588-0519-2017-00032
  6. Tkachenko EV, Andreev VV, Yatsenko AV, et al. Neurotoxicity as a side effect when using modern cytostatic drugs, diagnosis and treatment. Postcytostatic polyneuropathies: pathogenesis, clinical manifestations, management tactics: a textbook for doctors and students in the system of higher and additional professional education. Saint Petersburg: National medical research center of oncology named after N.N. Petrov; 2020. P. 7–8. (In Russ.)
  7. Vykhovanets NYu, Aleshechkin PA, Tomash LA, et al. Early and long-term neurological complications of chemotherapy in oncology (literature review). Malignant tumors. 2022;12(4):41–49. EDN: JIYRGG doi: 10.18027/2224-5057-2022-12-4-41-49
  8. Kovtun OP, Bazarny VV, Koryakina OV, Abdullaev AN. Neurotoxic complications of chemotherapy in children. Literature review. Pediatric Pharmacology. 2020;17(1):12–17. EDN: PXNBJN doi: 10.15690/pf.v17i1.2077
  9. Belay YT. Study of the principles in the first phase of experimental pharmacology: the basic step with assumption hypothesis. BMC Pharmacol Toxicol. 2019;20(1):30. doi: 10.1186/s40360-019-0306-x
  10. Galstyan DS, Kolesnikova TO, Kositsyn YuM, et al. Studying social behavior in zebrafish (Danio rerio) in the tests of social interaction, social preference, behavior in the shoaling and aggression tasks. Reviews on clinical pharmacology and drug therapy. 2022;20(2):135–147. EDN: BYQBGL doi: 10.17816/RCF202135-147
  11. Lebedev VA, Lebedev AA, Bychkov ER, Shabanov PD. The possibility of using behavioral responses of Danio rerio in assessing the dose-dependent effects of phenazepam. Laboratory animals for scientific research. 2018;1:12–21. EDN: XVYDYD doi: 10.29296/2618723X-2018-01-02
  12. Lebedev AA, Devyashin AS, Blazhenko AA, et al. Behavioral analysis of the anxiolytic effect of phenazepam under conditions of acute psychogenic stress (presence of a predator) in Danio rerio. Reviews on clinical pharmacology and drug therapy. 2021;19(1):71–78. EDN: ROTQJN doi: 10.17816/RCF19171-78
  13. Kachanov DA, Lakeenkov NM, Levikin KE, et al. Danio rerio (zebrafish) – an universal model object in preclinical studies. FORCIPE. 2018;1(1):49–53. EDN: ZZAPGP
  14. Calienni MN, Cagel M, Montanari J, et al. Zebrafish (Danio rerio) model as an early stage screening tool to study the biodistribution and toxicity profile of doxorubicin-loaded mixed micelles. Toxicol Appl Pharmacol. 2018;357:106–114. doi: 10.1016/j.taap.2018.07.019
  15. Bedrossiantz J, Prats E, Raldúa D. Neurotoxicity assessment in adult Danio rerio using a battery of behavioral tests in a single tank. J Vis Exp. 2023;(201). doi: 10.3791/65869
  16. Sayapina MS. Doxorubicin and toxicity. Farmateka. 2024;31(4):212–215. EDN: PGRIQS doi: 10.18565/pharmateca.2024.4.212-215
  17. Kang L, Tian Y, Xu S, Chen H. Oxaliplatin-induced peripheral neuropathy: clinical features, mechanisms, prevention and treatment. J Neurol. 2021;268(9):3269–3282. doi: 10.1007/s00415-020-09942-w
  18. Zhang C, Xu C, Gao X, Yao Q. Platinum-based drugs for cancer therapy and anti-tumor strategies. Theranostics. 2022;12(5):2115–2132. doi: 10.7150/thno.69424
  19. Nicoletto RE, Ofner CM 3rd. Cytotoxic mechanisms of doxorubicin at clinically relevant concentrations in breast cancer cells. Cancer Chemother Pharmacol. 2022;89(3):285–311. doi: 10.1007/s00280-022-04400-y
  20. Kamińska K, Cudnoch-Jędrzejewska A. A review on the neurotoxic effects of doxorubicin. Neurotox Res. 2023;41(5):383–397. doi: 10.1007/s12640-023-00652-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The “Social Interaction” test

Download (33KB)
3. Fig. 2. The “Social Preference” test

Download (105KB)
4. Fig. 3. The “Aggression” test

Download (38KB)
5. Fig. 4. The “Social Interaction” test for day 3

Download (128KB)
6. Fig. 5. The “Social Interaction” test for day 7

Download (141KB)
7. Fig. 6. The “Social Preference” test for day 3

Download (138KB)
8. Fig. 7. The “Social Preference” test for day 7

Download (139KB)
9. Fig. 8. The “Aggression” test on day 3

Download (128KB)
10. Fig. 9. The “Aggression” test on day 7

Download (128KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».