ABSTRACT Oxaliplatin triggered chemotherapy induced peripheral neuropathy (CIPN) is a common and debilitating side effect of cancer treatment which limits the efficacy of chemotherapy and negatively impacts patients quality of life dramatically. For better understanding the mechanisms of CIPN and screen for potential therapeutic targets, it is critical to have reliable in vitro assays that effectively mirror the neuropathy in vivo . In this study, we established a dorsal root ganglia (DRG) explant model. This model displayed dose-dependent inhibition of neurite outgrowth in response to oxaliplatin, while oxalic acid exhibited no significant impact on the regrowth of DRG. The robustness of this assay was further demonstrated by the inhibition of OCT2 transporter, which facilitates oxaliplatin accumulation in neurons, fully restoring the neurite regrowth capacity. Using this model, we revealed that oxaliplatin triggered a substantial increase of oxidative stress in DRG. Notably, inhibition of TXNIP with verapamil significantly reduced oxidative stress level. Our results demonstrated the use of DRG explants as an efficient model to study the mechanisms of CIPN and screen for potential treatments.

Oxaliplatin is a platinum-based alkylating chemotherapeutic agent used for cancer treatment. At high cumulative dosage, the negative effect of oxaliplatin on the heart becomes evident and is linked to a growing number of clinical reports. The aim of this study was to determine how chronic oxaliplatin treatment causes the changes in energy-related metabolic activity in the heart that leads to cardiotoxicity and heart damage in mice. C57BL/6 male mice were treated with a human equivalent dosage of intraperitoneal oxaliplatin (0 and 10 mg/kg) once a week for eight weeks. During the treatment, mice were followed for physiological parameters, ECG, histology and RNA sequencing of the heart. We identified that oxaliplatin induces strong changes in the heart and affects the heart's energy-related metabolic profile. Histological post-mortem evaluation identified focal myocardial necrosis infiltrated with a small number of associated neutrophils. Accumulated doses of oxaliplatin led to significant changes in gene expression related to energy related metabolic pathways including fatty acid (FA) oxidation, amino acid metabolism, glycolysis, electron transport chain, and NAD synthesis pathway. At high accumulative doses of oxaliplatin, the heart shifts its metabolism from FAs to glycolysis and increases lactate production. It also leads to strong overexpression of genes in NAD synthesis pathways such as Nmrk2. Changes in gene expression associated with energy metabolic pathways can be used to develop diagnostic methods to detect oxaliplatin-induced cardiotoxicity early on as well as therapy to compensate for the energy deficit in the heart to prevent heart damage.

ABSTRACT The successful treatment of side effects of chemotherapy faces two major limitations: the need to avoid interfering with pathways essential for the cancer-destroying effects of the chemotherapy drug, and the need to avoid helping tumor progression through cancer promoting cellular pathways. To address these questions and identify new pathways and targets that satisfy these limitations, we have developed the bioinformatics tool Inter Variability Cross-Correlation Analysis (IVCCA). This tool calculates the cross-correlation of differentially expressed genes, analyzes their clusters, and compares them across a vast number of known pathways to identify the most relevant target(s). To demonstrate the utility of IVCCA, we applied this platform to RNA-seq data obtained from the hearts of the animal models with oxaliplatin-induced CTX. RNA-seq of the heart tissue from oxaliplatin treated mice identified 1744 differentially expressed genes with False Discovery Rate (FDR) less than 0.05 and fold change above 1.5 across nine samples. We compared the results against traditional gene enrichment analysis methods, revealing that IVCCA identified additional pathways potentially involved in CTX beyond those detected by conventional approaches. The newly identified pathways such as energy metabolism and several others represent promising target for therapeutic intervention against CTX, while preserving the efficacy of the chemotherapy treatment and avoiding tumor proliferation. Targeting these pathways is expected to mitigate the damaging effects of chemotherapy on cardiac tissues and improve patient outcomes by reducing the incidence of heart failure and other cardiovascular complications, ultimately enabling patients to complete their full course of chemotherapy with improved quality of life and survival rates.

For noninvasive light-based physiological monitoring, optimal wavelengths of individual tissue components can be identified using absorption spectroscopy. However, because of the lack of sensitivity of hardware at longer wavelengths, absorption spectroscopy has typically been applied for wavelengths in the visible (VIS) and near-infrared (NIR) range from 400 to 1,000 nm. Hardware advancements in the short-wave infrared (SWIR) range have enabled investigators to explore wavelengths in the ~1,000 nm to 3,000 nm range in which fall characteristic absorption peaks for lipid, protein, and water. These molecules are difficult to visualize in the VIS-NIR and can provide label-free sources of biological contrast. Furthermore, lower SWIR absorption has been observed for melanin, the primary chromophore responsible for skin pigmentation. In vivo optical devices like clinically standard pulse oximeters have been found to have reduced accuracy in people with darkly pigmented skin, possibly because of the stronger melanin absorption in the VIS range. Thus, error associated with skin pigmentation could be reduced by using devices operating in the SWIR. Optical instrument design is facilitated by the understanding of the absorption properties of core tissue components from the VIS to the SWIR range. This article describes protocols and instrumentation for obtaining VIS-SWIR absorption spectra of common tissue absorbers: oxygenated hemoglobin, deoxygenated hemoglobin, melanin, water, and lipid.