Cancer cells display characteristic traits acquired in a step-wise manner during carcinogenesis. Some of these traits are autonomous growth, induction of angiogenesis, invasion and metastasis. In this thesis, the focus is on one of the latest stages of tumor progression, tumor invasion. Tumor invasion emerges from the combined effect of tumor cell-cell and cell-microenvironment interactions, which can be studied with the help of mathematical analysis. Cellular automata (CA) can be viewed as simple models of self-organizing complex systems in which collective behavior can emerge out of an ensemble of many interacting "simple" components. In particular, we focus on an important class of CA, the so-called lattice-gas cellular automata (LGCA). In contrast to traditional CA, LGCA provide a straightforward and intuitive implementation of particle transport and interactions. Additionally, the structure of LGCA facilitates the mathematical analysis of their behavior. Here, the principal tools of mathematical analysis of LGCA are the mean-field approximation and the corresponding Lattice Boltzmann equation. The main objective of this thesis is to investigate important aspects of tumor invasion, under the microscope of mathematical modeling and analysis: Impact of the tumor environment: We introduce a LGCA as a microscopic model of tumor cell migration together with a mathematical description of different tumor environments. We study the impact of the various tumor environments (such as extracellular matrix) on tumor cell migration by estimating the tumor cell dispersion speed for a given environment. Effect of tumor cell proliferation and migration: We study the effect of tumor cell proliferation and migration on the tumor’s invasive behavior by developing a simplified LGCA model of tumor growth. In particular, we derive the corresponding macroscopic dynamics and we calculate the tumor’s invasion speed in terms of tumor cell proliferation and migration rates. Moreover, we calculate the width of the invasive zone, where the majority of mitotic activity is concentrated, and it is found to be proportional to the invasion speed. Mechanisms of tumor invasion emergence: We investigate the mechanisms for the emergence of tumor invasion in the course of cancer progression. We conclude that the response of a microscopic intracellular mechanism (migration/proliferation dichotomy) to oxygen shortage, i.e. hypoxia, maybe responsible for the transition from a benign (proliferative) to a malignant (invasive) tumor. Computing in vivo tumor invasion: Finally, we propose an evolutionary algorithm that estimates the parameters of a tumor growth LGCA model based on time-series of patient medical data (in particular Magnetic Resonance and Diffusion Tensor Imaging data). These parameters may allow to reproduce clinically relevant tumor growth scenarios for a specific patient, providing a prediction of the tumor growth at a later time stage. / Krebszellen zeigen charakteristische Merkmale, die sie in einem schrittweisen Vorgang während der Karzinogenese erworben haben. Einige dieser Merkmale sind autonomes Wachstum, die Induktion von Angiogenese, Invasion und Metastasis. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Tumorinvasion, einer der letzten Phasen der Tumorprogression. Die Tumorinvasion ensteht aus der kombinierten Wirkung von den Wechselwirkungen Tumorzelle-Zelle und Zelle-Mikroumgebung, die mit die Hilfe von mathematischer Analyse untersucht werden können. Zelluläre Automaten (CA) können als einfache Modelle von selbst-organisierenden komplexen Systemen betrachtet werden, in denen kollektives Verhalten aus einer Kombination von vielen interagierenden "einfachen" Komponenten entstehen kann. Insbesondere konzentrieren wir uns auf eine wichtige CA-Klasse, die sogenannten Zelluläre Gitter-Gas Automaten (LGCA). Im Gegensatz zu traditionellen CA bieten LGCA eine einfache und intuitive Umsetzung der Teilchen und Wechselwirkungen. Zusätzlich erleichtert die Struktur der LGCA die mathematische Analyse ihres Verhaltens. Die wichtigsten Werkzeuge der mathematischen Analyse der LGCA sind hier die Mean-field Approximation und die entsprechende Lattice - Boltzmann - Gleichung. Das wichtigste Ziel dieser Arbeit ist es, wichtige Aspekte der Tumorinvasion unter dem Mikroskop der mathematischen Modellierung und Analyse zu erforschen: Auswirkungen der Tumorumgebung: Wir stellen einen LGCA als mikroskopisches Modell der Tumorzellen-Migration in Verbindung mit einer mathematischen Beschreibung der verschiedenen Tumorumgebungen vor. Wir untersuchen die Auswirkungen der verschiedenen Tumorumgebungen (z. B. extrazellulären Matrix) auf die Migration von Tumorzellen dürch Schätzung der Tumorzellen-Dispersionsgeschwindigkeit in einem gegebenen Umfeld. Wirkung von Tumor-Zellenproliferation und Migration: Wir untersuchen die Wirkung von Tumorzellenproliferation und Migration auf das invasive Verhalten der Tumorzellen durch die Entwicklung eines vereinfachten LGCA Tumorwachstumsmodells. Wir leiten die entsprechende makroskopische Dynamik und berechnen die Tumorinvasionsgeschwindigkeit im Hinblick auf die Tumorzellenproliferation- und Migrationswerte. Darüber hinaus berechnen wir die Breite der invasiven Zone, wo die Mehrheit der mitotischer Aktivität konzentriert ist, und es wird festgestellt, dass diese proportional zu den Invasionsgeschwindigkeit ist. Mechanismen der Tumorinvasion Entstehung: Wir untersuchen Mechanismen, die für die Entstehung von Tumorinvasion im Verlauf des Krebs zuständig sind. Wir kommen zu dem Schluss, dass die Reaktion eines mikroskopischen intrazellulären Mechanismus (Migration/Proliferation Dichotomie) zu Sauerstoffmangel, d.h. Hypoxie, möglicheweise für den Übergang von einem gutartigen (proliferative) zu einer bösartigen (invasive) Tumor verantwortlich ist. Berechnung der in-vivo Tumorinvasion: Schließlich schlagen wir einen evolutionären Algorithmus vor, der die Parameter eines LGCA Modells von Tumorwachstum auf der Grundlage von medizinischen Daten des Patienten für mehrere Zeitpunkte (insbesondere die Magnet-Resonanz-und Diffusion Tensor Imaging Daten) ermöglicht. Diese Parameter erlauben Szenarien für einen klinisch relevanten Tumorwachstum für einen bestimmten Patienten zu reproduzieren, die eine Vorhersage des Tumorwachstums zu einem späteren Zeitpunkt möglich machen.

Research question - Which conditions are unique, regardless of time and space, for; supplying units in the defense of one's own territory, and supplying units in an invasion of another nation's territory? Purpose – This study aims to increase the understanding of the differences in logistical conditions for strategic supply, and to contribute to the relatively poorly explored research field of military logistics.  Design/methodology/approach – To answer the research question, the author conducted a structured, focused comparative study on three conflicts; The Finnish War, 1808-1809, Operation Barbarossa, 1941, Operation Iraqi Freedom, 2003. Findings – None of the defending sides were properly prepared. The defenders lost resources to the attackers. The defender controlled the territory before the conflict, and had the opportunity to affect and prepare it. All attackers could choose time and theater of war. All attackers’ units were cut off from their supply source due to weather or climate situation. The attackers had the opportunity to obtain resources from the defenders. The distance between the attackers’ units and their rear supply source increased as the offensive continues.  Originality/value – This is the first study that attempts to identify general differences between supplying the defending and the attacking side during an invasion.

The aim of the dissertation is to explain the military-political reasons behind the long-term attempt of the Soviet Union to deploy its units on Czechoslovak territory, as well as the root cause of the military operation against Czechoslovakia which was carried out by the five member armies of the Warsaw Pact. One of the main reasons for this was the military and strategic situation in Central Europe in the 1960's, and also the issue of nuclear weapons and their carriers. A separate chapter is dedicated to Soviet attempts to deploy its units on Czechoslovak territory prior to Operation Danube. The final chapter deals with the reorganization of the CPA, the establishment of the CGV and the NATO reaction to the change in the strenght of armed forces present on the border of the two Blocs.

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Darmepithelzellen entwickeln eine spezielle apikale Oberfläche zur Aufnahme von Nährstoffen aus dem Darminhalt. Diese Oberfläche besteht aus F-Aktin Protrusionen und werden als Mikrovilli (MV) bezeichnet. MV regulieren die kommensalen Bakterien und schützen die inneren Gewebe gegen den Angriff pathogener Mikroorganismen. Dennoch kann das Enteropathogen Salmonella enterica (Salmonella) die MV auslöschen und zerstört durch sein Typ-3-Sekretionssystem und dessen sekretierte Virulenzsproteine die Epithelschicht. Diese Virulenzproteine werden in das Zytoplasma der Wirtzellen injiziert und führen während des Eindringens von Salmonella zur F-Aktin Umlagerung. Durch Untersuchungen des Einflusses einiger T3SS-1 Effektorproteine auf die Zerstörung der MV konnte nachgewiesen werden, dass allein die Translokation von SopE die MV-Auslöschung verursachte und ausreichend für die Wiederherstellung der Invasion war. Echtzeitlebend-zellmikroskopie zeigte, dass MV ausgelöscht werden während Membranausstülpungen (Ruffles) gebildet werden. Diese Ruffle-Bildung vereinfachte ein paralleles Eindringen nicht-invadierender Stämme von Salmonella. Es konnte beobachtet werden, dass die Ausschaltung von Villin und Myosin 1a durch shRNA in C2BBe1 Zellen die Invasionsrate von Salmonella ermäßigte. Darüber hinaus wurde Ezrin zu den intrazellulären Bakterien aber nicht zur apikalen Seite rekrutiert. Außerdem verhinderte die durch das SopE verursachte Umlagerung des F-Aktins, welche die MV-Auflösung zur Folge hatte, die Makropinozytose der infizierten Zellen. Es lässt sich daraus schließen, dass die Zerstörung der MV für eine effiziente Invasion von Salmonella nötig ist. Die F-Aktin Umlagerung begünstigt zudem das Eindringen von nicht-invadierenden Bakterien. Des Weiteren benötigt Salmonella MV-Proteine zur F-Aktin Polymerisierung und Invasion in polarisierten Epithelzellen, was die Makropinozytose der Zellen beeinträchtigt. Möglicherweise tragen diese Phänotypen zur Infektion in vivo bei und verursachen das klinische Bild des Durchfalls.

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A botanical inventory of Doe Mountain Recreation Area (DMRA) in northeastern Tennessee was conducted to help guide conservation-based management. A total of 484 species were found in DMRA, comprising 94 families, and 285 genera, 10 species listed in the state rare plant list, and 76 exotic species. Two species, Liatris virgata and Lycopodiella inundata, were new state records. Water in the Lycopodiella seep was an order of magnitude more acid than at other sites. An analysis of the wildland-urban interface showed that only 13% of the area was classified as uninhabited. The inventory-invasion index, introduced to quantify the relative degree of botanical uniqueness, was indicative of an under-explored or unique area but less so compared to some other botanically-rich regional sites. Management should aim to protect acid seeps, arid roadside slopes, curtail mowing a roadside that supports a state endangered species, and avoid herbicides in the biodiverse power line corridor.

Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) is a bacterium that is responsible for colibacillosis in birds. However, information about broiler breeder APEC isolates is limited, but the data is critical due to the transfer of this bacteria down the production pyramid to progenies resulting in high mortality. Therefore, we evaluated the phenotypic virulence characteristics of 28 isolates using embryo lethality and day-old chick challenge assays. Also, the in vitro adhesion and invasion potential of selected nine isolates were identified. Results showed more than 1/3rd of the isolates were highly virulent and the virulence increased as the number of virulence-associated genes increased. High adhesion and invasion rates were observed among the isolates. Overall, the study helped us to evaluate the virulence characteristics of APEC from broiler breeders. However, future studies based on whole genome approach would help to identify the specific targets which can be used to develop effective interventions.

L’inclusion récente de la profondeur d’invasion (PI) dans la classification des carcinomes épidermoïdes de la cavité orale de l’American Joint Committee on Cancer (AJCC) a des répercussions cliniques majeures. Plusieurs études ont récemment évalué la fiabilité de diverses modalités d’imagerie et techniques de biopsie pour mesurer la PI en préopératoire. L’objectif premier de ce mémoire est de réviser systématiquement la littérature et comparer les différentes méthodes décrites de mesure de PI en préopératoire pour les carcinomes épidermoïdes de la langue mobile. Le second objectif est d’étudier la précision et la fiabilité de la mesure de PI sur une biopsie au poinçon dans les carcinomes épidermoïdes de stade in situ (Tis)-T1-T2, N0 de la langue mobile. Une revue systématique a été effectuée en suivant le guide PRISMA[1]. Les études évaluant la fiabilité de la PI mesurée sur la biopsie ou l’imagerie médicale, en les comparant à la PI histopathologique finale, ont été inclues dans une méta-analyse afin d’obtenir des coefficients de corrélation combinés pour chaque modalité d’imagerie. L’imagerie par résonnance magnétique (IRM) s’est avérée être la modalité d’imagerie la mieux étudiée et présente une bonne fiabilité. Le computed tomography (CT) scan est peu étudié, mais semble moins fiable. L’échographie linguale ne peut être comparée à ces deux modalités d’imagerie car elle est plus fréquemment utilisée pour mesurer l’épaisseur tumorale que la PI. La seconde étude est une preuve de concept prospective. Un poinçon profond a été utilisé pour échantillonner la portion la plus profonde de carcinomes épidermoïdes de la langue mobile de stade Tis-T1-2, N0 chez 27 patients. Des coefficients de corrélation de Spearman ont été calculés entre la PI estimée à la palpation manuelle, mesurée à la biopsie, et à l’histopathologie. La sensibilité et la spécificité de la biopsie au poinçon pour distinguer le Tis du carcinome épidermoïde invasif ont été calculées. Bien que la PI mesurée à la biopsie ne corrèle pas fortement avec la PI histopathologique, cette preuve de concept est limitée par la taille d’échantillon. La biopsie au poinçon semble toutefois être un outil fiable pour distinguer le Tis de l’invasif. D’autres études sont nécessaires avant de pouvoir recommander l’utilisation systématique de la biopsie pour décider en préopératoire si un évidement cervical électif est nécessaire. / The inclusion of depth of invasion (DOI) in the American Joint Committee on Cancer’s staging system for oral cavity squamous cell carcinoma (SCC) has major clinical impacts. Recent studies have evaluated the reliability of imaging modalities and biopsy techniques to measure DOI preoperatively. The first objective of this master’s thesis is to systematically review and compare the preoperative DOI measurement methods that have been studied so far in oral tongue SCC (OTSCC). The second objective is to prospectively study the precision and reliability of punch biopsy to measure DOI preoperatively in early (in situ (Tis)-T1-T2, N0) OTSCC, and its ability to distinguish Tis from invasive carcinoma. A systematic review was conducted according to the PRISMA guidelines. Studies that evaluated the reliability of DOI measured on biopsy or imaging (rDOI) by comparing it to DOI on histopathology (pDOI) were included in a meta-analysis to obtain pooled correlation coefficients for each imaging modality. Overall, magnetic resonance imaging (MRI) is the better studied modality. It has a good reliability to measure preoperative rDOI in OTSCC. CT is less studied but appears to be less reliable. Ultrasound (US) cannot be compared to these imaging modality as it has been used more often to measure tumor thickness (TT) than DOI. The second study is a prospective proof-of-concept. A deep punch biopsy was used to sample tumors preoperatively in the deepest part of the tumor in 27 patients with early (Tis-T12, N0) oral tongue squamous cell carcinoma. Spearman’s correlations were calculated between DOI measured on digital palpation (cDOI), biopsy (bDOI) and final pDOI. The sensitivity and specificity of punch biopsy to distinguish Tis from invasive carcinoma was also calculated. Although bDOI does not seem to correlate strongly with pDOI, this proof-of-concept was limited by a small sample size. Punch biopsy appears to be a reliable tool to distinguish Tis from invasive carcinoma. Further studies on punch biopsy are needed to recommend its use to evaluate pDOI preoperatively and determine whether elective neck dissection is necessary in early OTSCC.