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Univ., Diss.--Hamburg, 1999.

Master of Science / Department of Kinesiology / Carl Ade / Background: Cancer survivors treated with anthracycline-based chemotherapy have a high risk of developing anthracycline-induced cardiotoxicities, including cardiac abnormalities, endothelial dysfunction, and dilated cardiomyopathy. Notably, the imbalance of decreased nitric oxide (NO) production and increased reactive oxygen species has been shown to cause significant damage to cardiac tissue and mitochondria. Therefore, the aim of the current investigation was to determine if an inorganic dietary nitrate (NO3-) supplementation period could restore normal cardiac function in cancer survivors with a history of anthracycline chemotherapy. Methods: Ten cancer survivors, 9 with breast cancer and 1 with lymphoma, completed the experiment. Standard and Tissue Doppler echocardiography were used to assess LV and carotid artery function during systole and diastole at rest. Results: There were no differences in ventricular-arterial coupling (p=0.10), arterial stiffness (p=0.38) or strain of the LV (p=0.49). However, NO₃- supplementation improved strain rate in early filling, early mitral septal wall annular velocity, and mitral A-wave velocity or late diastolic filling. Conclusion: Following NO₃- supplementation, cancer survivors with a history of anthracycline chemotherapy showed significant improvements in diastolic function compared to placebo treatments. These findings add support to the literature of the therapeutic benefits of inorganic dietary NO₃- supplementation on cardiovascular function in clinical populations.

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La doxorubicine (DOX) est un médicament très efficace utilisé en chimiothérapie pour traiter de nombreuses tumeurs. Cependant, son utilisation clinique est limitée par des effets secondaires cardiotoxiques sévères causés par une augmentation de production de radicaux libres de l'oxygène (RLO) et de l'apoptose. De surcroit, une chimiothérapie pourrait être indiquée alors qu'une ischémie cardiaque est déjà installée. Dans cette thèse, nous avons donc examiné au niveau du cœur isolé de lapin et des cardiomyocytes en culture; d'une part, la cardiotoxicité de la DOX dans les conditions de l'ischémie/reperfusion (IR) myocardique et d'autre part, la cardioprotection assurée dans ces conditions par un antioxydant naturel puissant, le safran (SAF).D'abord nous avons procédé à une extraction méthanol-Eau des stigmates du safran cultivé au Liban. Une analyse par HPLC des principaux constituants a été réalisée afin de s'assurer de la qualité des extraits, suivie par des tests (xanthine/xanthine oxydase et électrolyse) comme sources de RLO pour rechercher le pouvoir antioxydant de ces extraits.La toxicité du SAF a été évaluée sur des cœurs isolés de lapin selon la technique de Langendorff et la dose thérapeutique optimale établie est de 10 μg/mL. Ensuite, la toxicité aigüe de la DOX a été testée sur des cœurs isolés sains traités ou non par la DOX et le SAF en comparaison avec des cœurs soumis à l'électrolyse ou à une période d'ischémie globale. La toxicité chronique de la DOX a été évaluée chez des lapins traités pendant 21 jours avec des extraits de SAF (par voie orale) et la DOX (par voie ip). Les cœurs ont été par suite isolés et soumis à une ischémie globale. D'après les études cardiodynamiques, anatomopathologiques et biochimiques; il apparaît que les extraits de safran protègent le cœur de la toxicité aigüe et chronique de la doxorubicine et assurent une protection optimale lors de la reperfusion. De plus, le SAF a inhibé l'apoptose induite par IR et DOX en activant la voie de survie AKT/mTOR, en augmentant le niveau de Troponine T et en inhibant l'expression de p-P38 tel que montré par les analyses de Western blot. Le safran contribuerai donc à améliorer nettement le retour des fonctions myocardiques vers la normale suite à l'IR et au traitement par la DOX.Les effets de la DOX et du SAF ont aussi été étudiés dans les cardiomyocytes H9c2 soumis à une IR simulée. Les effets des différents traitements ont été évalués par les tests MTT, LDH, Western blot, TMRM et caspases. Nos données prouvent que DOX et IR diminuent significativement la viabilité cellulaire ; inhibent la voie RISK ; réduisent les protéines contractiles ; activent les caspases 3 et provoquent la perte du potentiel de membrane mitochondrial. Ces effets ont été remarquablement inhibés par le traitement avec le SAF à la reperfusion. Les résultats suggèrent que le SAF a un effet protecteur contre la DOX et l'IR par un mécanisme impliquant la réduction de l'apoptose cardiaque, des RLO et du stress oxydatif. La cardioprotection du SAF est médiée par l'activation des voies de survie AKT/P70S6K et ERK ; augmentation de l'expression des protéines contractiles ; inhibition de la perméabilité des pores de transition mitochondrial et diminution de l'activité des caspases 3. En outre, nous avons montré que l'effet protecteur du SAF serait attribué à la crocine, son métabolite actif principal. Pris ensemble, nos résultats indiquent que la DOX exacerbe les lésions myocardiques de l'IR. Le traitement par le SAF à la reperfusion pourrait exercer des effets cardioprotecteurs contre la toxicité induite par la DOX via son activité antioxydante. Ainsi, nos travaux sur le safran se révèlent fort intéressants dans le développement d'une stratégie thérapeutique antioxydante potentielle afin de limiter la toxicité cardiaque de la DOX, ouvrant la voie à de futurs essais cliniques. / Doxorubicin (DOX) is a highly active chemotherapeutic drug used to treat many tumors. However, its clinical use is limited by severe cardiotoxic side effects. Previous studies have shown that DOX-Induced cardiotoxicity is mainly mediated through increased oxidative stress and apoptosis. In addition, DOX could be indicated in case of pre-Established myocardial ischemia. In this thesis we investigated, in isolated rabbit heart and cultured cardiomyocytes, the cardiotoxic effects of DOX in conditions of ischemia/reperfusion (IR). We also studied whether saffron (SAF), a natural compound that showed potent antioxidant activity, could exert cardioprotection against DOX and IR toxicity.First, the extraction of saffron stigmas grown in Lebanon was performed using methanol-Water mixture. HPLC analysis of the main components (safranal and crocines) was used to ensure the quality of the extracts; followed by tests (xanthine/xanthine oxidase and electrolysis) as sources of free radicals to determine the antioxidant activity of the sample.The toxicity of SAF was evaluated on isolated rabbit hearts according to Langendorff technique and the optimal therapeutic dose established is 10 μg/mL. Then, the acute toxicity of DOX was tested on isolated hearts treated with or without DOX and SAF compared with hearts subjected to electrolysis or a period of global ischemia (I 30 min/R 40 min). The chronic toxicity of DOX was evaluated in rabbits treated for 21 days with SAF extracts (orally) and DOX (ip). The hearts were afterward isolated and subjected to global ischemia (I 30 min/R 30 min). According to cardiodynamic, pathological and biochemical studies, it appears that saffron extracts protect the heart from the acute and chronic toxicity of doxorubicin, and ensure optimal protection during reperfusion. Furthermore, SAF inhibited IR and DOX-Induced apoptosis by activating the AKT/mTOR survival pathway, increasing Troponine T and inhibiting p-P38 expression as shown by Western blot analysis. Saffron could therefore significantly improve myocardial function to normal state following IR and DOX treatment.The effects of DOX and SAF were also investigated in H9c2 cardiomyocytes subjected to simulated IR injury. We evaluated the effects of the treatments by MTT assay, LDH release measurements and Western blot analysis. Apoptosis was assessed by Hoechst 33258 staining, TMRM probes and caspase activity. The results proved that DOX exacerbates cardiac cell injury when an underlying IR heart condition is present. Our data showed that DOX and IR significantly decreased cardiac cells viability; inhibited RISK cardioprotective pathway; reduced contractile proteins (α-Actinine, Troponine C and MLC); increased caspase 3 expression and induced loss of mitochondrial membrane potential. These effects were remarkably inhibited by treatment with SAF (10 μg/mL) at reperfusion. Our data suggested that SAF has a protective effect against DOX and IR induced cardiac apoptosis through a mechanism involving scavenging free radicals and reducing oxidative stress. SAF cardioprotection is mediated by activating survival pathways including AKT/P70S6K and ERK; increasing the expression of contractile proteins; inhibiting of mitochondrial permeability transition pore and decreasing caspase 3 activity. In addition, studies showed that protective activities of SAF belong to crocin, its major active metabolite.Taken together, our findings indicate that DOX exacerbates IR myocardial injury. The SAF treatment at reperfusion could exert cardioprotective effects against DOX induced toxicity by its antioxidant activity. Thereby, saffron offers a potential novel antioxidant therapeutic strategy to counteract doxorubicin cardiotoxicity, paving the way for future clinical trials.