16-OR: Investigation of Sharp Trauma and Gunshot Cases Using Post-mortem CT-Angiography

Investigation of violent death, especially cases of sharp trauma and gunshot, is an important part of medico-legal investigations. Beside the execution of a conventional autopsy, the performance of a post-mortem Multi-Detector Computed Tomography (MDCT)-scan has become a highly appreciated tool. In order to investigate also the vascular system, post-mortem CT-angiography has been introduced. The most studied and widespread technique is the Multi-phase post-mortem CT-angiography (MPMCTA). Its sensitivity to detect vascular lesions is even superior to conventional autopsy. The application of MPMCTA for cases of gunshot and sharp-trauma is therefore an obvious choice, as vascular lesions are common in such victims. In most cases of sharp trauma and in several cases of gunshots, death can be attributed to exsanguinations. MPMCTA is able to detect the exact source of bleeding and also to visualize trajectories, which are of most importance in these cases. The reconstructed images allow to clearly visualizing the trajectory in a way that is easily comprehensible for not medically trained legal professionals. The sensitivity of MPMCTA for soft tissue and organ lesions approximately matches the sensitivity of conventional autopsy. However, special care, experience and effective use of the imaging software is necessary for performing the reconstructions of the trajectory. Large volume consuming haemorrhages and shift of inner organs are sources of errors and misinterpretations. This presentation shall give an overview about the advantages and limitations of the use of MPMCTA for investigating cases of gunshot and sharp-trauma.

Detection of hemorrhage source: the diagnostic value of post-mortem CT-angiography.

The aim of this study was to compare the diagnostic value of post-mortem computed tomography angiography (PMCTA) to conventional, ante-mortem computed tomography (CT)-scan, CT-angiography (CTA) and digital subtraction angiography (DSA) in the detection and localization of the source of bleeding in cases of acute hemorrhage with fatal outcomes. The medical records and imaging scans of nine individuals who underwent a conventional, ante-mortem CT-scan, CTA or DSA and later died in the hospital as a result of an acute hemorrhage were reviewed. Post-mortem computed tomography angiography, using multi-phase post-mortem CTA, as well as medico-legal autopsies were performed. Localization accuracy of the bleeding was assessed by comparing the diagnostic findings of the different techniques. The results revealed that data from ante-mortem and post-mortem radiological examinations were similar, though the PMCTA showed a higher sensitivity for detecting the hemorrhage source than did ante-mortem radiological investigations. By comparing the results of PMCTA and conventional autopsy, much higher sensitivity was noted in PMCTA in identifying the source of the bleeding. In fact, the vessels involved were identified in eight out of nine cases using PMCTA and only in three cases through conventional autopsy. Our study showed that PMCTA, similar to clinical radiological investigations, is able to precisely identify lesions of arterial and/or venous vessels and thus determine the source of bleeding in cases of acute hemorrhages with fatal outcomes.

L'angio-scanner post-mortem : quoi de neuf?

Objectifs pédagogiques :Savoir comment s'effectue un angio-scanner post-mortem multi-phases.Connaître les compétences du manipulateur forensique.Identifier les nouvelles technologies développées pour cette nouvelle méthode.Connaître les avantages et les limitations de cette technique.Apprendre les difficultés d'interprétation radiologiques des images obtenues.Messages à retenir :L'angio-scanner post-mortem permet de visualiser des pathologies qui ne sont pas visibles lors de l'autopsie , telles que la source exacte d'une hémorragie.L'angio-scanner post-mortem est indiqué pour les cas de mort subite d'origine cardiaque, des décès d'origine traumatique et des décès suites aux interventions médicales.Une nouvelle machine à injection dédiée à cette technique a été développée, qui permet aussi de sauvegarder toutes les données de la perfusion, telles que les différentes courbes de pression et les informations des corps examinés.Grâce à la formation spécifique de manipulateurs forensiques, qui sont capables d'effectuer l'examen de manière autonome, la technique peut être utilisée de façon routinière en médecine légale. L'interprétation radiologique nécessite la connaissance des artéfacts post-mortem pour éviter des interprétations erronées.Résumé :L'angio-scanner combiné à l'autopsie conventionnelle permet d'augmenter la qualité de l'examen post-mortem. L'examen est dirigé par le manipulateurforensique qui gère la machine à perfusion, la préparation du corps et la technique multi-phase. En cours de cette année, une machine à perfusion spécialisée a été développée. L'avantage de cette technique est notamment sa sensibilité supérieure à celle de l'autopsie pour la détection des lésions vasculaires . Les limitations s'expliquent par des artéfacts qui rendent difficile voire impossible l'interprétation de certaines pathologies telles que l'occlusion d'un vaisseau par un thrombus qui est imité par un caillot de sang post-mortem.

Pathomorphological and CT-angiographical characteristics of coronary atherosclerotic plaques in cases of sudden cardiac death.

The goal of this study was to assess the localization and types of thrombosed plaques in cases of sudden cardiac death attributed to coronary artery disease and to evaluate possible correlations with body mass index (BMI) and increased heart weight. This retrospective study was performed on forensic cases for which the cause of death was attributed to coronary artery disease. A complete autopsy and a multi-phase postmortem computed tomography (CT) angiography (MPMCTA) were performed in all cases. Eighty-five cases were selected (mean age, 55.18 ± 11.04 years; 72 men and 13 women). MPMCTA performed prior to autopsy enabled an evaluation of coronary artery perfusion before dissection of the body and helped therefore to guide sampling for histology. An acute coronary thrombosis was found in 57 cases, which included plaque erosion in 26 cases (mean age, 46.73 ± 8.33 years) and rupture or intra-plaque hemorrhage in 31 cases (mean age, 58.23 ± 10.62 years). Erosions were most frequently found in the left anterior descending artery (61.5 %), while only 35.48 % of ruptures were observed in this artery. Chronic coronary pathology was considered as the main cause of death in 28 cases (mean age, 59.64 ± 9.47 years). Sixty-two of the cases (72.94 %) had a BMI in the overweight category (BMI ≥25), with the highest mean BMI in patients with chronic coronary pathology without acute thrombosis found at autopsy. The heart weight was above the predicted reference values in 52 cases (61.18 %). Our results are in accordance with previously published studies on the spatial distribution of vulnerable plaques. We observed a higher percentage of eroded plaques than previously reported. Patients with coronary erosions were significantly younger than those with plaque rupture or those without an acute coronary thrombosis (p values <0.0001). BMI and heart weight were significantly higher for cases without thrombosis in comparison with those with plaque rupture (p values 0.028 and 0.003, respectively). Our results indicating that increased BMI and overweight hearts are associated with chronic ischemic heart disease are compatible with clinical studies. Performing more postmortem studies on forensic autopsies, including modern radiological examinations with MPMCTA, can enhance the detection of vulnerable plaques in living patients and prevent sudden cardiac death.

Brand Authenticity: An Integrative Framework and Measurement Scale

Although brand authenticity is gaining increasing interest in consumer behavior research and managerial practice, literature on its measurement and contribution to branding theory is still limited. This article develops an integrative framework of the concept of brand authenticity and reports the development and validation of a scale measuring consumers' perceived brand authenticity (PBA). A multi-phase scale development process resulted in a 15-item PBA scale measuring four dimensions: credibility, integrity, symbolism, and continuity. This scale is reliable across different brands and cultural contexts. We find that brand authenticity perceptions are influenced by indexical, existential, and iconic cues, whereby some of the latters' influence is moderated by consumers' level of marketing skepticism. Results also suggest that PBA increases emotional brand attachment and word-of-mouth, and that it drives brand choice likelihood through self-congruence for consumers high in self-authenticity.

Paediatric end-of-life care needs in Switzerland: current practices, and perspectives from parents and professionals. A study protocol.

AIM: To present a protocol for a multi-phase study about the current practice of end-of-life care in paediatric settings in Switzerland. BACKGROUND: In Switzerland, paediatric palliative care is usually provided by teams, who may not necessarily have specific training. There is a lack of systematic data about specific aspects of care at the end of a child's life, such as symptom management, involvement of parents in decision-making and family-centred care and experiences and needs of parents, and perspectives of healthcare professionals. DESIGN: This retrospective nationwide multicentre study, Paediatric End-of-LIfe CAre Needs in Switzerland (PELICAN), combines quantitative and qualitative methods of enquiry. METHODS: The PELICAN study consists of three observational parts, PELICAN I describes practices of end-of-life care (defined as the last 4 weeks of life) in the hospital and home care setting of children (0-18 years) who died in the years 2011-2012 due to a cardiac, neurological or oncological disease, or who died in the neonatal period. PELICAN II assesses the experiences and needs of parents during the end-of-life phase of their child. PELICAN III focuses on healthcare professionals and explores their perspectives concerning the provision of end-of-life care. CONCLUSION: This first study across Switzerland will provide comprehensive insight into the current end-of-life care in children with distinct diagnoses and the perspectives of affected parents and health professionals. The results may facilitate the development and implementation of programmes for end-of-life care in children across Switzerland, building on real experiences and needs. TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01983852.

A Multi-Center Phase II Study (SAKK 36/06) of Single Agent Everolimus (RAD001) In Patients with Relapsed or Refractory Mantle Cell Lymphoma

Introduction: Mantle cell lymphoma (MCL) accounts for 6% of all B-cell lymphomas and remains incurable for most patients. Those who relapse after first line therapy or hematopoietic stem cell transplantation have a dismal prognosis with short response duration after salvage therapy. On a molecular level, MCL is characterised by the translocation t[11;14] leading to Cyclin D1 overexpression. Cyclin D1 is downstream of the mammalian target of rapamycin (mTOR) kinase and can be effectively blocked by mTOR inhibitors such as temsirolimus. We set out to define the single agent activity of the orally available mTOR inhibitor everolimus (RAD001) in a prospective, multi-centre trial in patients with relapsed or refractory MCL (NCT00516412). The study was performed in collaboration with the EU-MCL network. Methods: Eligible patients with histologically/cytologically confirmed relapsed (not more than 3 prior lines of systemic treatment) or refractory MCL received everolimus 10 mg orally daily on day 1 - 28 of each cycle (4 weeks) for 6 cycles or until disease progression. The primary endpoint was the best objective response with adverse reactions, time to progression (TTP), time to treatment failure, response duration and molecular response as secondary endpoints. A response rate of 10% was considered uninteresting and, conversely, promising if 30%. The required sample size was 35 pts using the Simon's optimal two-stage design with 90% power and 5% significance. Results: A total of 36 patients with 35 evaluable patients from 19 centers were enrolled between August 2007 and January 2010. The median age was 69.4 years (range 40.1 to 84.9 years), with 22 males and 13 females. Thirty patients presented with relapsed and 5 with refractory MCL with a median of two prior therapies. Treatment was generally well tolerated with anemia (11%), thrombocytopenia (11%), neutropenia (8%), diarrhea (3%) and fatigue (3%) being the most frequent complications of CTC grade III or higher. Eighteen patients received 6 or more cycles of everolimus treatment. The objective response rate was 20% (95% CI: 8-37%) with 2 CR, 5 PR, 17 SD, and 11 PD. At a median follow-up of 6 months, TTP was 5.45 months (95% CI: 2.8-8.2 months) for the entire population and 10.6 months for the 18 patients receiving 6 or more cycles of treatment. Conclusion: This study demonstrates that single agent everolimus 10 mg once daily orally is well tolerated. The null hypothesis of inactivity could be rejected indicating a moderate anti-lymphoma activity in relapsed/refractory MCL. Further studies of either everolimus in combination with chemotherapy or as single agent for maintenance treatment are warranted in MCL.

A Multi-Center Phase II Study (SAKK 36/06) of Single Agent Everolimus (RAD001) In Patients with Relapsed or Refractory Mantle Cell Lymphoma

Introduction: Mantle cell lymphoma (MCL) accounts for 6% of all B-cell lymphomas and remains incurable for most patients. Those who relapse after first line therapy or hematopoietic stem cell transplantation have a dismal prognosis with short response duration after salvage therapy. On a molecular level, MCL is characterised by the translocation t[11;14] leading to Cyclin D1 overexpression. Cyclin D1 is downstream of the mammalian target of rapamycin (mTOR) kinase and can be effectively blocked by mTOR inhibitors such as temsirolimus. We set out to define the single agent activity of the orally available mTOR inhibitor everolimus (RAD001) in a prospective, multi-centre trial in patients with relapsed or refractory MCL (NCT00516412). The study was performed in collaboration with the EU-MCL network. Methods: Eligible patients with histologically/cytologically confirmed relapsed (not more than 3 prior lines of systemic treatment) or refractory MCL received everolimus 10 mg orally daily on day 1 - 28 of each cycle (4 weeks) for 6 cycles or until disease progression. The primary endpoint was the best objective response with adverse reactions, time to progression (TTP), time to treatment failure, response duration and molecular response as secondary endpoints. A response rate of ≤ 10% was considered uninteresting and, conversely, promising if ≥ 30%. The required sample size was 35 pts using the Simon's optimal two-stage design with 90% power and 5% significance. Results: A total of 36 patients with 35 evaluable patients from 19 centers were enrolled between August 2007 and January 2010. The median age was 69.4 years (range 40.1 to 84.9 years), with 22 males and 13 females. Thirty patients presented with relapsed and 5 with refractory MCL with a median of two prior therapies. Treatment was generally well tolerated with anemia (11%), thrombocytopenia (11%), neutropenia (8%), diarrhea (3%) and fatigue (3%) being the most frequent complications of CTC grade III or higher. Eighteen patients received 6 or more cycles of everolimus treatment. The objective response rate was 20% (95% CI: 8-37%) with 2 CR, 5 PR, 17 SD, and 11 PD. At a median follow-up of 6 months, TTP was 5.45 months (95% CI: 2.8-8.2 months) for the entire population and 10.6 months for the 18 patients receiving 6 or more cycles of treatment. Conclusion: This study demonstrates that single agent everolimus 10 mg once daily orally is well tolerated. The null hypothesis of inactivity could be rejected indicating a moderate anti-lymphoma activity in relapsed/refractory MCL. Further studies of either everolimus in combination with chemotherapy or as single agent for maintenance treatment are warranted in MCL.

Indicators of therapeutic effect in FIT-06, a Phase II trial of a DNA vaccine, GTU(®)-Multi-HIVB, in untreated HIV-1 infected subjects.

BACKGROUND: Combination highly active antiretroviral therapy (HAART) has significantly decreased HIV-1 related morbidity and mortality globally transforming HIV into a controllable condition. HAART has a number of limitations though, including limited access in resource constrained countries, which have driven the search for simpler, affordable HIV-1 treatment modalities. Therapeutic HIV-1 vaccines aim to provide immunological support to slow disease progression and decrease transmission. We evaluated the safety, immunogenicity and clinical effect of a novel recombinant plasmid DNA therapeutic HIV-1 vaccine, GTU(®)-multi-HIVB, containing 6 different genes derived from an HIV-1 subtype B isolate. METHODS: 63 untreated, healthy, HIV-1 infected, adults between 18 and 40 years were enrolled in a single-blinded, placebo-controlled Phase II trial in South Africa. Subjects were HIV-1 subtype C infected, had never received antiretrovirals, with CD4 ≥ 350 cells/mm(3) and pHIV-RNA ≥ 50 copies/mL at screening. Subjects were allocated to vaccine or placebo groups in a 2:1 ratio either administered intradermally (ID) (0.5mg/dose) or intramuscularly (IM) (1mg/dose) at 0, 4 and 12 weeks boosted at 76 and 80 weeks with 1mg/dose (ID) and 2mg/dose (IM), respectively. Safety was assessed by adverse event monitoring and immunogenicity by HIV-1-specific CD4+ and CD8+ T-cells using intracellular cytokine staining (ICS), pHIV-RNA and CD4 counts. RESULTS: Vaccine was safe and well tolerated with no vaccine related serious adverse events. Significant declines in log pHIV-RNA (p=0.012) and increases in CD4+ T cell counts (p=0.066) were observed in the vaccine group compared to placebo, more pronounced after IM administration and in some HLA haplotypes (B*5703) maintained for 17 months after the final immunisation. CONCLUSIONS: The GTU(®)-multi-HIVB plasmid recombinant DNA therapeutic HIV-1 vaccine is safe, well tolerated and favourably affects pHIV-RNA and CD4 counts in untreated HIV-1 infected individuals after IM administration in subjects with HLA B*57, B*8101 and B*5801 haplotypes.

Fate of the herbicide glyphosate and its metabolite AMPA in soils and their transfer to surface waters: A multi-scale approach in the Lavaux vineyards, western Switzerland

The use of herbicides in agriculture may lead to environmental problems, such as surface water pollution, with a potential risk for aquatic organisms. The herbicide glyphosate is the most used active ingredient in the world and in Switzerland. In the Lavaux vineyards it is nearly the only molecule applied. This work aimed at studying its fate in soils and its transfer to surface waters, using a multi-scale approach: from molecular (10-9 m) and microscopic scales (10-6 m), to macroscopic (m) and landscape ones (103 m). First of all, an analytical method was developed for the trace level quantification of this widely used herbicide and its main by-product, aminomethylphosphonic acid (AMPA). Due to their polar nature, their derivatization with 9-fluorenylmethyl chloroformate (FMOC-Cl) was done prior to their concentration and purification by solid phase extraction. They were then analyzed by ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS). The method was tested in different aqueous matrices with spiking tests and validated for the matrix effect correction in relevant environmental samples. Calibration curves established between 10 and 1000ng/l showed r2 values above 0.989, mean recoveries varied between 86 and 133% and limits of detection and quantification of the method were as low as 5 and 10ng/l respectively. At the parcel scale, two parcels of the Lavaux vineyard area, located near the Lutrive River at 6km to the east of Lausanne, were monitored to assess to which extent glyphosate and AMPA were retained in the soil or exported to surface waters. They were equipped at their bottom with porous ceramic cups and runoff collectors, which allowed retrieving water samples for the growing seasons 2010 and 2011. Results revealed that the mobility of glyphosate and AMPA in the unsaturated zone was likely driven by the precipitation regime and the soil characteristics, such as slope, porosity structure and layer permeability discrepancy. Elevated glyphosate and AMPA concentrations were measured at 60 and 80 cm depth at parcel bottoms, suggesting their infiltration in the upper parts of the parcels and the presence of preferential flow in the studied parcels. Indeed, the succession of rainy days induced the gradual saturation of the soil porosity, leading to rapid infiltration through macropores, as well as surface runoff formation. Furthermore, the presence of more impervious weathered marls at 100 cm depth induced throughflows, the importance of which for the lateral transport of the herbicide molecules was determined by the slope steepness. Important rainfall events (>10 mm/day) were clearly exporting molecules from the soil top layer, as indicated by important concentrations in runoff samples. A mass balance showed that total loss (10-20%) mainly occurred through surface runoff (96%) and, to a minor extent, by throughflows in soils (4%), with subsequent exfiltration to surface waters. Observations made in the Lutrive River revealed interesting details of glyphosate and AMPA dynamics in urbanized landscapes, such as the Lavaux vineyards. Indeed, besides their physical and chemical properties, herbicide dynamics at the catchment level strongly depend on application rates, precipitation regime, land use and also on the presence of drains or constructed channels. Elevated concentrations, up to 4970 ng/l, observed just after the application, confirmed the diffuse export of these compounds from the vineyard area by surface runoff during main rain events. From April to September 2011, a total load of 7.1 kg was calculated, with 85% coming from vineyards and minor urban sources and 15% from arable crops. Small vineyard surfaces could generate high concentrations of herbicides and contribute considerably to the total load calculated at the outlet, due to their steep slopes (~10%). The extrapolated total amount transferred yearly from the Lavaux vineyards to the Lake of Geneva was of 190kg. At the molecular scale, the possible involvement of dissolved organic matter (DOM) in glyphosate and copper transport was studied using UV/Vis fluorescence spectroscopy. Combined with parallel factor (PARAFAC) analysis, this technique allowed characterizing DOM of soil and surface water samples from the studied vineyard area. Glyphosate concentrations were linked to the fulvic-like spectroscopic signature of DOM in soil water samples, as well as to copper, suggesting the formation of ternary complexes. In surface water samples, its concentrations were also correlated to copper ones, but not in a significant way to the fulvic-like signature. Quenching experiments with standards confirmed field tendencies in the laboratory, with a stronger decrease in fluorescence intensity for fulvic-like fluorophore than for more aromatic ones. Lastly, based on maximum concentrations measured in the river, an environmental risk for these compounds was assessed, using laboratory tests and ecotoxicity data from the literature. In our case and with the methodology applied, the risk towards aquatic species was found negligible (RF<1).

Pore-scale modeling of two-phase flow instabilities in porous media

Les problèmes d'écoulements multiphasiques en média poreux sont d'un grand intérêt pour de nombreuses applications scientifiques et techniques ; comme la séquestration de C02, l'extraction de pétrole et la dépollution des aquifères. La complexité intrinsèque des systèmes multiphasiques et l'hétérogénéité des formations géologiques sur des échelles multiples représentent un challenge majeur pour comprendre et modéliser les déplacements immiscibles dans les milieux poreux. Les descriptions à l'échelle supérieure basées sur la généralisation de l'équation de Darcy sont largement utilisées, mais ces méthodes sont sujettes à limitations pour les écoulements présentant de l'hystérèse. Les avancées récentes en terme de performances computationnelles et le développement de méthodes précises pour caractériser l'espace interstitiel ainsi que la distribution des phases ont favorisé l'utilisation de modèles qui permettent une résolution fine à l'échelle du pore. Ces modèles offrent un aperçu des caractéristiques de l'écoulement qui ne peuvent pas être facilement observées en laboratoire et peuvent être utilisé pour expliquer la différence entre les processus physiques et les modèles à l'échelle macroscopique existants. L'objet premier de la thèse se porte sur la simulation numérique directe : les équations de Navier-Stokes sont résolues dans l'espace interstitiel et la méthode du volume de fluide (VOF) est employée pour suivre l'évolution de l'interface. Dans VOF, la distribution des phases est décrite par une fonction fluide pour l'ensemble du domaine et des conditions aux bords particulières permettent la prise en compte des propriétés de mouillage du milieu poreux. Dans la première partie de la thèse, nous simulons le drainage dans une cellule Hele-Shaw 2D avec des obstacles cylindriques. Nous montrons que l'approche proposée est applicable même pour des ratios de densité et de viscosité très importants et permet de modéliser la transition entre déplacement stable et digitation visqueuse. Nous intéressons ensuite à l'interprétation de la pression capillaire à l'échelle macroscopique. Nous montrons que les techniques basées sur la moyenne spatiale de la pression présentent plusieurs limitations et sont imprécises en présence d'effets visqueux et de piégeage. Au contraire, une définition basée sur l'énergie permet de séparer les contributions capillaires des effets visqueux. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'investigation des effets d'inertie associés aux reconfigurations irréversibles du ménisque causé par l'interface des instabilités. Comme prototype pour ces phénomènes, nous étudions d'abord la dynamique d'un ménisque dans un pore angulaire. Nous montrons que, dans un réseau de pores cubiques, les sauts et reconfigurations sont si fréquents que les effets d'inertie mènent à différentes configurations des fluides. A cause de la non-linéarité du problème, la distribution des fluides influence le travail des forces de pression, qui, à son tour, provoque une chute de pression dans la loi de Darcy. Cela suggère que ces phénomènes devraient être pris en compte lorsque que l'on décrit l'écoulement multiphasique en média poreux à l'échelle macroscopique. La dernière partie de la thèse s'attache à démontrer la validité de notre approche par une comparaison avec des expériences en laboratoire : un drainage instable dans un milieu poreux quasi 2D (une cellule Hele-Shaw avec des obstacles cylindriques). Plusieurs simulations sont tournées sous différentes conditions aux bords et en utilisant différents modèles (modèle intégré 2D et modèle 3D) afin de comparer certaines quantités macroscopiques avec les observations au laboratoire correspondantes. Malgré le challenge de modéliser des déplacements instables, où, par définition, de petites perturbations peuvent grandir sans fin, notre approche numérique apporte de résultats satisfaisants pour tous les cas étudiés. - Problems involving multiphase flow in porous media are of great interest in many scientific and engineering applications including Carbon Capture and Storage, oil recovery and groundwater remediation. The intrinsic complexity of multiphase systems and the multi scale heterogeneity of geological formations represent the major challenges to understand and model immiscible displacement in porous media. Upscaled descriptions based on generalization of Darcy's law are widely used, but they are subject to several limitations for flow that exhibit hysteric and history- dependent behaviors. Recent advances in high performance computing and the development of accurate methods to characterize pore space and phase distribution have fostered the use of models that allow sub-pore resolution. These models provide an insight on flow characteristics that cannot be easily achieved by laboratory experiments and can be used to explain the gap between physical processes and existing macro-scale models. We focus on direct numerical simulations: we solve the Navier-Stokes equations for mass and momentum conservation in the pore space and employ the Volume Of Fluid (VOF) method to track the evolution of the interface. In the VOF the distribution of the phases is described by a fluid function (whole-domain formulation) and special boundary conditions account for the wetting properties of the porous medium. In the first part of this thesis we simulate drainage in a 2-D Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles. We show that the proposed approach can handle very large density and viscosity ratios and it is able to model the transition from stable displacement to viscous fingering. We then focus on the interpretation of the macroscopic capillary pressure showing that pressure average techniques are subject to several limitations and they are not accurate in presence of viscous effects and trapping. On the contrary an energy-based definition allows separating viscous and capillary contributions. In the second part of the thesis we investigate inertia effects associated with abrupt and irreversible reconfigurations of the menisci caused by interface instabilities. As a prototype of these phenomena we first consider the dynamics of a meniscus in an angular pore. We show that in a network of cubic pores, jumps and reconfigurations are so frequent that inertia effects lead to different fluid configurations. Due to the non-linearity of the problem, the distribution of the fluids influences the work done by pressure forces, which is in turn related to the pressure drop in Darcy's law. This suggests that these phenomena should be taken into account when upscaling multiphase flow in porous media. The last part of the thesis is devoted to proving the accuracy of the numerical approach by validation with experiments of unstable primary drainage in a quasi-2D porous medium (i.e., Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles). We perform simulations under different boundary conditions and using different models (2-D integrated and full 3-D) and we compare several macroscopic quantities with the corresponding experiment. Despite the intrinsic challenges of modeling unstable displacement, where by definition small perturbations can grow without bounds, the numerical method gives satisfactory results for all the cases studied.

Multi institutional phase II study of concomitant stereotactic reirradiation and cetuximab for recurrent head and neck cancer.

PURPOSE: Recurrent head and neck cancer is associated to a poor survival prognosis. A high toxicity rate is demonstrated when surgery and/or radiotherapy and/or chemotherapy are combined. Furthermore, the duration of treatment is often not ethically compatible with the expected survival (median survival<1year). Normal tissues tolerance limits the use of reirradiation and stereotactic body radiotherapy (SBRT) could offer precise irradiation while sparing healthy tissues. After completion of a feasibility study, results of a multicentric study (Lille, Nancy & Nice) using SBRT with cetuximab are reported. The aim of the study was to deliver non toxic short course SBRT (2weeks) in order to get the same local control as the one demonstrated with longer protocols. METHODS AND MATERIALS: Patients with inoperable recurrent, or new primary tumor in a previously irradiated area, were included (WHO<3). Reirradiation (RT) dose was 36Gy in six fractions of 6Gy to the 85% isodose line covering 95% of the PTV with 5 injections of concomitant cetuximab (CT). All patients had previous radiotherapy, 85% had previous surgery and 48% previous chemotherapy. RESULTS: Between 11/2007 and 08/2010, 60 were included (46 men and 14 women), 56 received CT+RT, 3 were not treated and 1 received only CT. Median age was 60 (42-87)) and all 56 patients had squamous carcinoma and received concomitant cetuximab. Mean time between previous radiotherapy and the start of SBRT was 38months. Cutaneous toxicity was observed for 41 patients. There was one toxic death from hemorrhage and denutrition. Median follow-up was 11.4months. At 3months, response rate was 58.4% (95% CI: 43.2-72.4%) and disease control rate was 91.7% (95% CI: 80.0-97.7%). The one-year OS rate was 47.5% (95% CI: 30.8-62.4). CONCLUSION: These results suggest that short SBRT with cetuximab is an effective salvage treatment with good response rate in this poor prognosis population with previously irradiated HNC. Treatment is feasible and, with appropriate care to limiting critical structure, acute toxicities are acceptable. This combination may be the reference treatment is this population.

Multi-scale support vector algorithms for hot spot detection and modelling

The algorithmic approach to data modelling has developed rapidly these last years, in particular methods based on data mining and machine learning have been used in a growing number of applications. These methods follow a data-driven methodology, aiming at providing the best possible generalization and predictive abilities instead of concentrating on the properties of the data model. One of the most successful groups of such methods is known as Support Vector algorithms. Following the fruitful developments in applying Support Vector algorithms to spatial data, this paper introduces a new extension of the traditional support vector regression (SVR) algorithm. This extension allows for the simultaneous modelling of environmental data at several spatial scales. The joint influence of environmental processes presenting different patterns at different scales is here learned automatically from data, providing the optimum mixture of short and large-scale models. The method is adaptive to the spatial scale of the data. With this advantage, it can provide efficient means to model local anomalies that may typically arise in situations at an early phase of an environmental emergency. However, the proposed approach still requires some prior knowledge on the possible existence of such short-scale patterns. This is a possible limitation of the method for its implementation in early warning systems. The purpose of this paper is to present the multi-scale SVR model and to illustrate its use with an application to the mapping of Cs137 activity given the measurements taken in the region of Briansk following the Chernobyl accident.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.