私の感覚ではこの場合、take care ofでもlook afterでも、どちらでも違和感ないです。
Look afterとtake careはinterchangeablyに使えることが多いと思います。
強いて言えば
look afterは そのlook afterしている人がトラブルに合わないようにすること、ご飯や家など、無事であるようにすることのガーディアン的なニュアンスを感じます。
take care of は上記と同様だが、若干愛情も入ってるニュアンスもある感じがします。けどいつもそうというわけではない。
かなりcontext次第な部分はあると思います。
何れにしても、thanks for looking after my catは全然okです。
いつもありがとうございます。 よく分からなくてモヤモヤしてましたが、スッキリしました。
Jon-m