<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2021.799650</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Re-polarisation of Macrophages Within Collective Tumour Cell Migration: A Multiscale Moving Boundary Approach</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Suveges</surname> <given-names>Szabolcs</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1266426/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Eftimie</surname> <given-names>Raluca</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/767925/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Trucu</surname> <given-names>Dumitru</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1263645/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Mathematics, University of Dundee</institution>, <addr-line>Dundee</addr-line>, <country>United Kingdom</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Laboratoire Math&#x000E9;matiques de Besan&#x000E7;on, UMR-CNRS 6623, Universit&#x000E9; de Bourgogne Franche-Comt&#x000E9;</institution>, <addr-line>Besancon</addr-line>, <country>France</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Subhas Khajanchi, Presidency University, India</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Gurcan Gunaydin, Hacettepe University, Turkey; Haralampos Hatzikirou, Khalifa University, United Arab Emirates</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Dumitru Trucu <email>trucu&#x00040;maths.dundee.ac.uk</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Dynamical Systems, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>01</day>
<month>02</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>7</volume>
<elocation-id>799650</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>21</day>
<month>09</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>24</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2022 Suveges, Eftimie and Trucu.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Suveges, Eftimie and Trucu</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>Cancer invasion of the surrounding tissue is a multiscale process of collective cell movement that involves not only tumour cells but also other immune cells in the environment, such as the tumour-associated macrophages (TAMs). The heterogeneity of these immune cells, with the two extremes being the pro-inflammatory and anti-tumour M1 cells, and the anti-inflammatory and pro-tumour M2 cells, has a significant impact on cancer invasion as these cells interact in different ways with the tumour cells and with the ExtraCellular Matrix (ECM). Experimental studies have shown that cancer cells co-migrate with TAMs, but the impact of these different TAM sub-populations (which can change their phenotype and re-polarise depending on the microenvironment) on this co-migration is not fully understood. In this study, we extend a previous multi-scale moving boundary mathematical model, by introducing the M1-like macrophages alongside with their exerted multi-scale effects on the tumour invasion process. With the help of this model we investigate numerically the impact of re-polarising the M2 TAMs into the anti-tumoral M1 phenotype and how such a strategy affects the overall tumour progression. In particular, we investigate numerically whether the M2&#x02192;M1 re-polarisation could depend on time and/or space, and what would be the macroscopic effects of this spatial- and temporal-dependent re-polarisation on tumour invasion.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>collective cancer cell movement</kwd>
<kwd>cancer invasion</kwd>
<kwd>macrophages</kwd>
<kwd>macrophage re-polarisation</kwd>
<kwd>multi-scale modelling</kwd>
<kwd>cell adhesions</kwd>
<kwd>WENO schemes</kwd>
<kwd>convolution</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="13"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="96"/>
<ref-count count="116"/>
<page-count count="27"/>
<word-count count="15716"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>The last few decades have seen a shift in the focus of cancer research: from a research that was focused on individual tumour cells to a research that is now focused on collective cancer cells movement within the tumour microenvironment (TME) and the complex interactions between tumour cells and other types of cells inside the TME [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. These processes are key for each of the stages of tumour progression, from the early development of the avascular tumour and its local invasion to angiogenesis and subsequent metastasis stages [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>].</p>
<p>The TME is formed of tumour&#x00027;s vasculature, connective tissue, infiltrating immune cells and the extracellular matrix (ECM). In recent years the ECM has received considerable attention due to its role in cancer evolution and response to therapies [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The ECM is a complex network of macromolecules (such as fibrous proteins, water and minerals), which is an essential part of any healthy tissue [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. To maintain its functionality, the ECM is subject to continuous remodelling <italic>via</italic> synthesis and degradation. The degradation of ECM is related to the over-secretion of several enzymes, such as the matrix metalloproteinases (MMPs), which are not explicitly tied to cancer cells, but can also be secreted by other stromal cells [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
<p>One of these stromal cell populations is the macrophages, which can form up to 50% of the tumour mass [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. They are often classified into pro-inflammatory anti-tumour M1-like macrophages and anti-inflammatory pro-tumour M2-like macrophages. A specific class of macrophages that is present in TME is called tumour-associated macrophages (TAMs). Since in established tumours TAMs have a phenotype that resembles M2 cells [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], they are in general correlated with poor prognosis in various cancers [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. These TAMs are also involved in the active remodelling of ECM [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Experimental and clinical studies over the last two decades have shown that re-educating TAMs to exhibit anti-tumour responses, by switching cell phenotype from M2-like to M1-like cells, can lead to successful anti-cancer treatment protocols [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. An example of such a treatment protocol involving macrophage re-polarisation, which was shown to be successful in human pancreatic cancer, involved the use of agonist anti-CD40 mAb [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. Finally, an overview of the complex effects of macrophages within cancer progression and their interaction with the TME is provided in Aras and Zaidi [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>].</p>
<p>Nutrients (e.g., oxygen and glucose) are essential for any cells to live and function properly, including cancer cells and macrophages. Nutrients are extravasated from the blood flow and diffuse through the ECM. In avascular solid tumours, nutrients diffuse into the tumour through the tumour boundary, and therefore tumour progression leads to the formation of regions inside the tumours with very low nutrient levels. These regions first become hypoxic and then necrotic, and cells in these regions undergo cell death being deprived of nutrients. Hypoxic conditions can also modify the polarisation of macrophages and influence the malignant behaviour of some cancer cells [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. Biological evidence also suggests that specifically targeting these hypoxic regions and the metabolic activities of cells within these areas might be a beneficial therapeutic option [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>].</p>
<p>Therefore, understanding the complex dynamic interactions between macrophages and tumour cells (direct anti-tumour/pro-tumour interactions, or indirect interactions via the degradation/remodelling of ECM), as well as their nutrient consumption patterns, could help us generate new hypotheses regarding the collective cancer cells invasion of surrounding tissue and the mechanisms involved in tumour progression and control.</p>
<p>Over the last decade, there have been substantial advances in mathematical modelling to understand the dynamics of the cancer cell populations as well as their interactions with their surroundings; see [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] and references therein. Although these models mainly focused on the interplay between the cancer cells and the neighbouring ECM, the importance of the macrophages during tumour development cannot be overlooked and as a consequence, some mathematical models started to investigate the role of macrophages on the overall tumour progression [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]. Initially, these models [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] focused only on the anti-tumour role of the macrophages, and only later models started to explore also their pro-tumour role [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. Furthermore, most of these initial mathematical models investigated tumour progression only at one spatio-temporal scale [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]. Since the relevance of various biological processes occurring on different scales could not be ignored, more recent models started to capture these multiscale interactions [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. However, due the novelty of these multiscale approaches, they have not been extended to capture also the complex roles of macrophages in the tumour development.</p>
<p>In this work, we further extend an existing multi-scale moving boundary modelling platform [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]. To this end, we build upon a mathematical model [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] that accounts not only for the proteolytic processes occurring at the leading edge of the tumour but also for the fibre and non-fibre components of ECM, as well as for the presence of M2-like macrophages. In the new mathematical model introduced in this study we include the contribution of M1 TAMs to the overall tumour dynamics, by considering the impact of these cells on both macro- and micro-scales. We pay special attention to the dynamics of M1 and M2 cells near the tumour interface, and their interactions with the tumour and with the ECM. We also focus on the M1&#x02192;M2 tumour-induced polarisation (in the presence/absence of nutrients) and on the M2&#x02192;M1 re-polarisation as induced by various treatment protocols (e.g., the agonist anti-CD40 mAb mentioned above [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]). In this new study we also, model the potential role of nutrients on the proliferation/death of M1 and M2 macrophages and cancer cells.</p>
<p>With the help of this new extended multi-scale model, we aim to investigate whether an effective macrophage M2&#x02192;M1 re-polarisation strategy (within a fibrous tissue environment which impacts macrophage dynamics) is spatial and/or temporal dependent. To our knowledge, this question has never been addressed experimentally, even if the spatial heterogeneity of the TME and the ECM is known to impact the polarisation/re-polarisation of macrophages, and therefore any potential anti-tumour treatment involving re-polarisation protocols.</p>
<p>The structure of the paper is as follows. In Section 2.1 we present the extended macro-scale dynamics. Then, in Section 2.2 we outline the two micro-scale processes. We present our numerical simulations in Section 4, by focusing especially on the spatial and temporal dependency of the macrophage re-polarisation. At last, we summarise and discuss the results in Section 5.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Multi-Scale Modelling of the Tumour Dynamics</title>
<p>Building on the multi-scale moving boundary framework initially introduced in Trucu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] and later expanded in Shuttleworth and Truc [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] and Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>], in this work, we explore not only the M2-like macrophages [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] but also the M1 phenotype, by assessing the impact that these bring within the interlinked tissue-scale (macro-scale) and cell-scale (micro-scale) tumour dynamics. Moreover, the biological context of the cancer macro-dynamics is further broadened by considering the presence of the nutrients, such as glucose and oxygen, which are key constituents of the tumour microenvirnment and play an impotan role within overall tumour progression.</p>
<sec>
<title>2.1. Macro-Scale Dynamics</title>
<p>As this work extends the modelling framework introduced in Shuttleworth and Trucu [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>], Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>], and Trucu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>], we start this section by introducing some of its key features. Thus, on the macro-scale we focus on the expanding tumour region &#x003A9;(<italic>t</italic>) that progresses within a maximal tissue cube <italic>Y</italic> &#x02282; &#x0211D;<sup><italic>d</italic></sup>, for <italic>d</italic> &#x0003D; 2, 3 and over the time interval [0, <italic>T</italic>] (i.e., &#x003A9;(<italic>t</italic>) &#x02282; <italic>Y</italic>, &#x02200;<italic>t</italic> &#x02208; [0, <italic>T</italic>]). In this context, at any macro-scale spatio-temporal point (<italic>x, t</italic>) &#x02208; &#x003A9;(<italic>t</italic>) &#x000D7; [0, <italic>T</italic>], we consider a mixed cell population consisting of distributions of: (<italic>a</italic>) cancer cells <italic>c</italic>(<italic>x, t</italic>); (<italic>b</italic>) M1-like macrophages, <italic>M</italic><sub>1</sub>(<italic>x, t</italic>), briefly addressed here as M1 TAM; and (<italic>c</italic>) M2-like macrophages, <italic>M</italic><sub>2</sub>(<italic>x, t</italic>), which are briefly referred to as M2 TAM. This mixture of cancer cells and macrophages exercise their naturally multiscale dynamics within an extracellular matrix, which, as in Shuttleworth and Trucu [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>], is regarded as consisting of two major phases, namely a fibrous and a non-fibrous one. Specifically, on the one hand, we have the fibre ECM phase, accounting for all major fibrous proteins (such as collagen and fibronectin), whose micro-scale structure enables a spatial bias for withstanding incoming spatial cell fluxes, inducing this way an intrinsic ECM fibres spatial orientation [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. Therefore, the spatio-temporal distribution of the oriented ECM fibres at the macro-scale point (<italic>x, t</italic>) is described by a vector field &#x003B8;<sub><italic>f</italic></sub>(<italic>x, t</italic>), where <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, with its Euclidean norm <italic>F</italic>(<italic>x, t</italic>): &#x0003D; &#x02225;&#x003B8;<sub><italic>f</italic></sub>(<italic>x, t</italic>)&#x02225;<sub>2</sub> representing the amount of fibres at (<italic>x, t</italic>). Then, on the other hand, besides these fibrous proteins, the ECM also contains many other components such as non-fibrous proteins (for instance amyloid fibrils), enzymes, polysaccharides and extracellular <italic>Ca</italic><sup>2&#x0002B;</sup> ions. Hence, in the second ECM phase, we bundle together these constituents and refer to it as the non-fibre ECM phase, and its distribution at each (<italic>x, t</italic>) &#x02208; &#x003A9;(<italic>t</italic>) &#x000D7; [0, <italic>T</italic>] is denoted by <italic>l</italic>(<italic>x, t</italic>). Therefore, for compactness, we denote the global five-dimensional tumour vector by <bold>u</bold> that is given by</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022BA;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>as well as denoting the total space occupied at (<italic>x, t</italic>) by &#x003C1;(<bold>u</bold>) and define it as</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for all (<italic>x, t</italic>) &#x02208; &#x003A9;(<italic>t</italic>) &#x000D7; [0, <italic>T</italic>]. Furthermore, the last component of the macro-scale dynamics is the nutrients density &#x003C3;(<italic>x, t</italic>), whose level within the tumour microenvironment is depleted by the invading cancer.</p>
<p>Finally, the macrophages are considered to infiltrate the tumour through the <italic>outer boundary</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>], which is denoted by &#x02202;&#x003A9;<sub><italic>o</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02282; &#x02202;&#x003A9;(<italic>t</italic>) (see <bold>Figure 2</bold>), and is defined in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix B</xref>.</p>
<sec>
<title>2.1.1. Nutrient</title>
<p>In this study we focus on an avascular tumour mass, whose growth is supported by an influx of nutrients that diffuse through the outer boundary of the tumour. To incorporate this aspect into our mathematical model, we consider the overall influx of a generic nutrient through the outer tumour boundary &#x02202;&#x003A9;<sub><italic>o</italic></sub>(<italic>t</italic>) by using Dirichlet boundary conditions. Although different cell types uptake the supplied nutrients at different rates, for simplicity here we assume that all present cell populations (cancer cells, M1 and M2 TAMs) uptake nutrients at the same constant rate <italic>d</italic><sub>&#x003C3;</sub> &#x0003E; 0. The spatial transport of the nutrients is modelled by a diffusion term with constant coefficient <italic>D</italic><sub>&#x003C3;</sub> &#x0003E; 0. Since this diffusion occurs more rapidly than cell diffusion (i.e., cell random walk), we use a quasi steady state reaction-diffusion equation (similar to the one for instance in Macklin et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]) for the generic nutrients &#x003C3;(<italic>x, t</italic>):</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3a)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(3b)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, &#x003C3;<sub><italic>nor</italic></sub> is the normal level of nutrients along the tumour interface, which is considered here to be a constant.</p>
<p>Since cells require nutrients to function properly, here we introduce four smooth bounded <italic>effect-functions</italic> that we use to model the effects of the nutrients on the different cell functions that considers the following critical nutrients levels:</p>
<list list-type="bullet">
<list-item><p>the necrotic minimal threshold &#x003C3;<sub><italic>n</italic></sub> &#x0003E; 0 (i.e., if &#x003C3; &#x02264; &#x003C3;<sub><italic>n</italic></sub> this leads to necrotic tumour cell death in that area [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>];</p></list-item>
<list-item><p>the intrinsic nutrient level sufficient for cells to function properly: &#x003C3;<sub><italic>p</italic></sub> &#x0003E; 0;</p></list-item>
<list-item><p>the normal level of nutrients: &#x003C3;<sub><italic>nor</italic></sub> (threshold value that is used also as the Dirichlet boundary condition in Equation 3).</p></list-item>
</list>
<p>Hence, we have the following relationship between these three values, namely: &#x003C3;<sub><italic>nor</italic></sub> &#x0003E; &#x003C3;<sub><italic>p</italic></sub> &#x0003E; &#x003C3;<sub><italic>n</italic></sub>.</p>
<p>Starting with the effect of nutrients on cell proliferation, we first assume that this effect is relatively similar for cancer cells and both macrophage populations, in the sense that very low nutrient level impedes cell proliferation and extremely high nutrient level cannot increase cell proliferation rate above a certain maximum. We consider a maximal proliferation enhancement rate &#x003A8;<sub><italic>p,max</italic></sub> &#x0003E; 0 which corresponds to nutrient levels &#x003C3; &#x02265; &#x003C3;<sub><italic>p</italic></sub>. Also, we assume no proliferation in the necrotic regions. Thus, we define the proliferation effect-function:</p>
<disp-formula id="E5"><label>(4)</label><mml:math id="M6"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003A6;(&#x003C3;, &#x000B7;, &#x000B7;, &#x000B7;) is a generic cosine function that describes a smooth transition between the two extrema, i.e., for any level &#x003C3;<sub><italic>n</italic></sub> &#x0003C; &#x003C3; &#x0003C; &#x003C3;<sub><italic>p</italic></sub>. Thus, &#x003A6;(&#x003C3;, &#x000B7;, &#x000B7;, &#x000B7;) is defined by</p>
<disp-formula id="E6"><label>(5)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003A6;<sub><italic>min</italic></sub> is the minimum, &#x003A6;<sub><italic>max</italic></sub> is the maximum and &#x003A6;<sub><italic>L</italic></sub> controls the phase shift of the cosine function. We illustrate the proliferation effect-function, defined in Equation (4) in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Schematic plots of the four nutrients effect-functions <bold>(A)</bold> &#x003A8;<sub><italic>p</italic></sub>(&#x003C3;), <bold>(B)</bold> &#x003A8;<sub><italic>dc</italic></sub>(&#x003C3;), <bold>(C)</bold> &#x003A8;<sub><italic>dM</italic></sub>(&#x003C3;) and <bold>(D)</bold> &#x003A8;<sub><italic>M</italic></sub>(&#x003C3;) defined in Equations (4), (6), and (7), respectively.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0001.tif"/>
</fig>
<p>As opposed to cell proliferation, we distinguish between the death of cancer cells and the death of macrophages, since cancer cells resist death [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] while macrophages do not. Moreover, experimental studies have shown that macrophages can die in the absence of nutrients [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]. Also, it is known that following hypoxia-induced chemo-attractant signals, macrophages position themselves into pre-necrotic regions to clear out dead cells in the necrotic regions [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]. Therefore, we consider a maximal enhancement death rate &#x003A8;<sub><italic>d,max</italic></sub> &#x0003E; 0 in necrotic regions for both populations, and while we assume no death for cancer cells, we consider a minimal level of macrophage enhancement death rate &#x003A8;<sub><italic>dM,min</italic></sub> &#x0003E; 0 in regions where the nutrient level is &#x003C3; &#x02265; &#x003C3;<sub><italic>p</italic></sub>. Hence, cancer cell death and macrophage death effect-functions are defined as (using the transition function Equation 5):</p>
<disp-formula id="E8"><label>(6a)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E9"><label>(6b)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>These death effect-functions are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
<p>Finally, it was shown experimentally [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>] that the nutrient level affects the macrophages polarisation rate giving rise for instance to hypoxia-inducible factors generated by the link with the TME. Therefore, here we consider also a polarisation effect-function by which we ensure a smooth transition between levels of maximal enhancement rate &#x003A8;<sub><italic>M,max</italic></sub> &#x0003E; 0 in necrotic regions and levels of minimal enhancement rate &#x003A8;<sub><italic>M,min</italic></sub> &#x0003E; 0 in regions with normal nutrient amounts. Using the smooth transition function (Equation 5), we define the polarisation effect-function &#x003A8;<sub><italic>M</italic></sub>(&#x003C3;) by</p>
<disp-formula id="E10"><label>(7)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This function is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.1.2. Dynamics of both M1 and M2 TAMs</title>
<p>Focusing now on the macrophage population, specifically to the two extreme phenotypes, M1 and M2 TAMs, in this paper we focus on the dynamics of the two TAMs populations exclusively inside the tumour domain &#x003A9;(<italic>t</italic>), the evolution of the macrophages distribution in the surrounding tumour stroma being beyond the scope of this current work. Hence, since macrophages are recruited to tumour sites as an immune response through the peritumoral vasculature, here this influx is represented by a source of M1 TAMs that is localised along the outer tumour boundary &#x02202;&#x003A9;<sub><italic>o</italic></sub>(<italic>t</italic>), which is enabled by the immediate activation of macrophages into M1 TAMs as they enter the tumour [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]. For simplicity, we assume that both profile and maximal magnitude <italic>M</italic><sub>0</sub> &#x0003E; 0 of this source are identical along the tumour interface, and so this influx term is given by</p>
<disp-formula id="E11"><label>(8)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, &#x003C8;<sub>&#x003C1;</sub> is the standard mollifier with appropriately chosen range &#x003C1; &#x0003E; 0, &#x0201C;&#x0002A;&#x0201D; is the convolution operator [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>] and &#x003C7;<sub>&#x02202;<sub>&#x003A9;</sub><sub><italic>o</italic></sub>(<italic>t</italic>)</sub> is the characteristic function of the outer boundary &#x02202;&#x003A9;<sub><italic>o</italic></sub>(<italic>t</italic>).</p>
<p>Experimental studies have shown that resident macrophages can proliferate in situ, which can lead to the accumulation of tumour-associated macrophages inside various tumours [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. Moreover, as in Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>], we recognise that the stiffness of the ECM plays a role in the proliferation of the macrophages [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>] and that according to several biological studies [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>], cancer cells trigger the proliferation of macrophages by producing survival and proliferation factors. Hence, we denote by &#x003BC;<sub><italic>MF</italic></sub> &#x0003E; 0 the macrophages proliferation enhancement rate due to the fibres while the proliferation effect-function &#x003A8;<sub><italic>p</italic></sub>(&#x003C3;) defined in Equation (4) accounts for the effect of nutrients on the macrophage proliferation. For simplicity, both the fibre enhancement rate and the effect-function are assumed to remain unchanged for both phenotype. Thus, we formulate the proliferation laws for the M1 and M2 TAMs as</p>
<disp-formula id="E12"><label>(9a)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(9b)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>respectively. In Equation (9), &#x003BC;<sub><italic>M</italic></sub> is the positive baseline proliferation rate while the term (1 &#x02212; &#x003C1;(<bold>u</bold>))<sup>&#x0002B;</sup>: &#x0003D; max(0, 1 &#x02212; &#x003C1;(<bold>u</bold>)) ensures that there is no overcrowding.</p>
<p>Experimental studies have shown that macrophages&#x00027; death can be induced by nutritional starvation [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]. Thus, for both M1 and M2 TAMs, we consider a natural death rate <italic>d</italic><sub><italic>M</italic></sub> &#x0003E; 0 that is regulated by the available nutrients through the death effect-function &#x003A8;<sub><italic>dM</italic></sub>(&#x003C3;) introduced in Equation (6b), and so the death terms for each of the two phenotypes are defined by</p>
<disp-formula id="E14"><label>(10)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for the M1 and M2 TAMs populations, respectively.</p>
<p>Due to the versatility of the macrophages, their phenotype can be switched from one to another [<xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>]. In the present work, we focus on two factors that drive the polarisation of M1 TAMs into M2 TAMs, which are detailed as follows. On the one hand, cytokines secreted by the cancer cells were shown [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>] to trigger the polarisation process. On the other hand, the nutrient level was also shown [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>] to affect this process. As a consequence, we describe the polarisation of M1 TAMs to M2 TAMs by</p>
<disp-formula id="E15"><label>(11)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>p</italic><sub>12</sub> &#x0003E; 0 is a constant proliferation rate, and &#x003A8;<sub><italic>M</italic></sub> is the polarisation effect-function defined in Equation (7). Further, in vitro, it has been demonstrated [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>] that the M2-like macrophages can be re-polarised back into the M1 phenotype which may be a viable strategy against tumour development. To that end, we explore here mathematically the possibilities of the re-polarisation strategy through a re-polarisation term of the form</p>
<disp-formula id="E16"><label>(12)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, <italic>p</italic><sub>21</sub> &#x0003E; 0 is the constant re-polarisation rate, <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003E; 0 is the activation time and &#x003C7;<sub>&#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t,R</italic><sub><italic>p</italic></sub>)</sub> is the characteristic function of the re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>) that is defined in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix C</xref> and illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. This re-polarisation term Equation (12) allows us to examine whether or not we would need to account for spatio-temporal dependencies through the domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>) and activation times <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003E; 0 in order to obtain an effective re-polarisation strategy.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Schematic of the re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>) that is highlighted with red.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0002.tif"/>
</fig>
<p>The motility of both macrophages phenotypes is driven both by random and directed movement. Based on recent biological evidence [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>], increased stiffness of the substrate leads to an increase in macrophages&#x00027; speed, aspect explored in our modelling through a diffusion enhancement that corresponds to with the level of ECM fibres. To that end, we consider a stiffness-dependent macrophage diffusion coefficient <italic>D</italic><sup><italic>M</italic></sup>(<bold>u</bold>) of the form</p>
<disp-formula id="E17"><label>(13)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>D</italic><sub><italic>M</italic></sub> &#x0003E; 0 is the baseline macrophage diffusion rate, and <italic>D</italic><sub><italic>MF</italic></sub> &#x0003E; 0 is the diffusion enhancement rate due to the presence of fibres. On the other hand, besides random movement, macrophages also exercise directed migration due to a both adhesive interactions with the surrounding cells and the ECM as well as an underlying cross-talk between themselves and the cancer cells. A similar &#x0201C;<italic>non-local flux term"</italic> to the one introduced in Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] is used here to explore the complex interactions of the cells distributed at <italic>x</italic> &#x02208; &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>) with other cells within a sensing region <bold>B</bold>(0, <italic>R</italic>), and this accounts for: (1) cell-cell TAMs self-adhesion [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>]; (2) nutrients level mediated movement [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>]; and (3) the contribution of the cancer cells to the directional movement of the macrophages [<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>]. Specifically, the contribution of the cancer cells to the directional movement of the macrophages account not only for the biological evidence that cancer cells can bind themselves to TAMs [<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>] but also for the fact that cancer cells can attract TAMs [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>] by secreting various chemokines. Although we neither model explicitly the involved chemokine activities within this cross-talk nor the chemo-attractant activities involved with the nutrients, here we appropriately account for both of them through the following non-local flux term:</p>
<disp-formula id="E18"><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>R</italic> represents the radius of the sensing region <bold>B</bold>(0, <italic>R</italic>). Further, <bold>S</bold><sub><italic>Mc</italic></sub> &#x0003E; 0 is the combined strength of the macrophage-cancer adhesion, and <bold>S</bold><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> &#x0003E; 0 denotes strength of the macrophage-nutrient relationship, with both <bold>S</bold><sub><italic>Mc</italic></sub> and <bold>S</bold><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> being assumed to maintain their individual values unchanged when considering the cases of M1 and M2 TAMs populations. Furthermore, <bold>S</bold><sub><italic>MM</italic></sub> denotes the self-adhesion strength that differs for M1 and M2 TAMs [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>], i.e.,</p>
<list list-type="bullet">
<list-item><p>for M1 TAMs <bold>S</bold><sub><italic>MM</italic></sub> &#x0003D; <bold>S</bold><sub><italic>M</italic><sub>1</sub><italic>M</italic></sub> &#x0003E; 0, and</p></list-item>
<list-item><p>for M2 TAMs <bold>S</bold><sub><italic>MM</italic></sub> &#x0003D; <bold>S</bold><sub><italic>M</italic><sub>2</sub><italic>M</italic></sub> &#x0003E; 0,</p></list-item>
</list>
<p>with <bold>S</bold><sub><italic>M</italic><sub>1</sub><italic>M</italic></sub> &#x02260; <bold>S</bold><sub><italic>M</italic><sub>2</sub><italic>M</italic></sub>. Finally, to account in Equation (14) for the gradual weakening of these different adhesions as we move away from the centre <italic>x</italic> within <bold>B</bold>(<italic>x, R</italic>), we use a radially symmetric kernel <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that is given by</p>
<disp-formula id="E19"><mml:math id="M21"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C8;(&#x000B7;) is the standard mollifier. Moreover, in Equation (14), [1 &#x02212; &#x003C1;(<bold>u</bold>)]<sup>&#x0002B;</sup> ensures that overcrowded tumour regions do not contribute to macrophage migration and <italic>n</italic>(&#x000B7;) is the unit radial vector given by</p>
<disp-formula id="E20"><label>(14)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>\</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, aggregating now all these cell movement aspects explored in Equations (8)&#x02013;(14), the dynamics of the two distinct macrophages phenotypes are mathematically formulated as</p>
<disp-formula id="E21"><label>(15a)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E23"><label>(15b)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>S</bold><sub><italic>M</italic><sub>1</sub><italic>M</italic></sub> &#x0003E; 0 and <bold>S</bold><sub><italic>M</italic><sub>2</sub><italic>M</italic></sub> &#x0003E; 0 are the self-adhesion strengths of M1 and M2 TAMs, respectively.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.1.3. Dynamics of the Cancer Cell Population</title>
<p>The third cell population that we consider at macro-scale is the cancer cell population. Crucially important for cancer development and invasion, the cancer cell proliferation is a complex process that is regulated by several processes involving nutrients and macrophages. From the modelling perspective, while we consider the proliferation process as being of logistic type [<xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B66">66</xref>], we explore the influence of nutrients and macrophages as follows. On the one hand, similar to both TAMs populations, we consider the proliferation effect-function &#x003A8;<sub><italic>p</italic></sub>(&#x003C3;) defined in Equation (4) to explore the influence of the available nutrients on the rate of cancer cell proliferation. On the other hand, biological evidence shows that while M2 TAMs promote cancer cell proliferation [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>], M1 TAMs inhibits this [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>]. Thus, expanding here the proliferation law introduced in Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] by accounting for the negative effect of M1 TAMs, we obtain leading to the following proliferation law:</p>
<disp-formula id="E25"><label>(16)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003BC;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003E; 0 is a baseline proliferation rate that is being regulated by the available nutrients, being enhanced by the M2 TAMs at a rate &#x003BC;<sub><italic>c</italic><sub><italic>M</italic><sub>2</sub></sub></sub> &#x0003E; 0 and at the same time weakened by the presence of the M1 TAMs at a rate &#x003BC;<sub><italic>c</italic><sub><italic>M</italic><sub>1</sub></sub></sub> &#x0003E; 0. Again, here the term (1 &#x02212; &#x003C1;(<bold>u</bold>))<sup>&#x0002B;</sup> ensures that there is no overcrowding.</p>
<p>Besides proliferation, it is well known that cancer cells resist death [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>]. However, due to the peritumoral vasculature as well as the excessive degradation of the ECM, the efficiency of the nutrients delivery significantly reduces inside the tumour, leading to necrosis [<xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>]. In addition, numerous studies have shown [<xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B75">75</xref>] that classically activated M1-like macrophages can produce significant amounts of pro-inflammatory cytokines, and thereby have the ability to kill cancer cells. To that end, we assume here a baseline death rate <italic>d</italic><sub><italic>c</italic></sub> &#x0003E; 0 that is regulated not only by the cancer cell death effect-function &#x003A8;<sub><italic>dc</italic></sub>(&#x003C3;) introduced in Equation (6a), but also by the M1 TAMs at a rate <italic>d</italic><sub><italic>c</italic><sub><italic>M</italic><sub>1</sub></sub></sub> &#x0003E; 0. This results in the following mathematical representation of the cancer cell death process, namely</p>
<disp-formula id="E26"><label>(17)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similar to the macrophages, for the cancer cell population we also account for the diffusion enhancement that the spatial distribution of ECM fibres enables [<xref ref-type="bibr" rid="B76">76</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B84">84</xref>]. Furthermore, the random movement of the cell population is also affected by the presence of both macrophage populations. While in general, the M2 TAMs were shown to promote cancer cell motility, Afik et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>] recent biological evidence [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B86">86</xref>] indicates that the M1 phenotype has a negative effect on the cancer cell motility. Therefore, the diffusion coefficient for the random movement of the cancer cells can be formulated mathematically as</p>
<disp-formula id="E27"><label>(18)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>D</italic><sub><italic>c</italic></sub> &#x0003E; 0 is a baseline diffusion rate, <italic>D</italic><sub><italic>cF</italic></sub> &#x0003E; 0 is the ECM fibres enhancement coefficient, <italic>D</italic><sub><italic>c</italic><sub><italic>M</italic><sub>1</sub></sub></sub> &#x0003E; 0 represents the weakening effect due to the presence of M1 TAM, and <italic>D</italic><sub><italic>c</italic><sub><italic>M</italic><sub>2</sub></sub></sub> &#x0003E; 0 accounts for the positive motility effect due to the presence of M2 TAM.</p>
<p>Besides random motility, the directed movement of the cancer cells induced by various adhesion mediated processes [<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B87">87</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B90">90</xref>] is a central player in cancer invasion within the oriented fibrous environment. To that end, extending here on the modelling approach proposed in Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] to include the interactions of cancer cells with both families of macrophages, i.e., M1 and M2 TAM, we have that the non-local spatial flux that drives the directed movement is given in this case as:</p>
<disp-formula id="E28"><label>(19)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>R</italic>, <italic>n</italic>(&#x000B7;) and <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the same as in Equation (14). Further, in Equation (19) <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the unit radial vector biased by the orientation of the fibres, i.e.,</p>
<disp-formula id="E29"><label>(20)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>\</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. Moreover, in Equation (19) <bold>S</bold><sub><italic>cM</italic></sub> &#x0003E; 0 represents the strength of the adhesion relationship between the cancer cells and M1 and M2 TAMs, <italic>S</italic><sub><italic>cF</italic></sub> &#x0003E; 0 is the strength of the cell-fibre ECM adhesion [<xref ref-type="bibr" rid="B91">91</xref>] and <italic>S</italic><sub><italic>cl</italic></sub> &#x0003E; 0 corresponds to strength of adhesion between the cancer cells and the non-fibre ECM phase (that includes for instance amyloid fibrils, which can support cell-adhesion processes [<xref ref-type="bibr" rid="B92">92</xref>]). Furthrmore,as high level of extracellular <italic>Ca</italic><sup>&#x0002B;2</sup> ions (which form one of the constituents of the non-fibre ECM phase) are necessary for cell-cell adhesion [<xref ref-type="bibr" rid="B93">93</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B94">94</xref>], proceeding as in Shuttleworth and Trucu [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>], and Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] the cancer cells self-adhesion coefficient <bold>S</bold><sub><italic>cc</italic></sub> is taken here as</p>
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M34"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>S</bold><sub><italic>max</italic></sub> &#x0003E; 0 and <bold>S</bold><sub><italic>min</italic></sub> &#x0003E; 0 correspond to maximum and minimum levels of <italic>Ca</italic><sup>&#x0002B;2</sup> ions. Therefore, <bold>S</bold><sub><italic>cc</italic></sub> smoothly increases from a minimal to a maximum value in order to fully explore the varying strengths of cell-cell adhesion.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Illustration of how the orientation of the fibres &#x003B8;<sub><italic>f</italic></sub>(&#x000B7;, &#x000B7;) biases the cell-fibre adhesion.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0003.tif"/>
</fig>
<p>Thus, using Equations (16)&#x02013;(19) the spatio-temporal dynamics of the cancer population <italic>c</italic>(<italic>x, t</italic>) is expressed as</p>
<disp-formula id="E31"><label>(21)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>2.1.4. Two-Phase ECM Macro-Scale Dynamics</title>
<p>Besides the cancer cells, both macrophage phenotypes contribute to the degradation of the ECM by secreting proteolytic enzymes [<xref ref-type="bibr" rid="B95">95</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B99">99</xref>] (e.g., various classes of matrix metalloproteinases). To that end, we extend the dynamics of the fibre, and non-fibre ECM components used in Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] by incorporating the effects of the M1 phenotype. Thus, the dynamics of the non-fibre <italic>l</italic>(<italic>x, t</italic>) as well as the fibre ECM <italic>F</italic>(<italic>x, t</italic>) are formalised as</p>
<disp-formula id="E32"><label>(22a)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E33"><label>(22b)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub>, &#x003B2;<sub><italic>lM</italic><sub>1</sub></sub>, &#x003B2;<sub><italic>lM</italic><sub>2</sub></sub> are the positive degradation rates of the non-fibre ECM phase due to the cancer cells, M1 and M2 TAMs, respectively. Similarly, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub>, &#x003B2;<sub><italic>FM</italic><sub>1</sub></sub>, &#x003B2;<sub><italic>FM</italic><sub>2</sub></sub> are all positive and describe the degradation rates of the fibre component of the ECM due to the cancer cells, M1 and M2 TAMs, respectively. Finally, in Equation (22) &#x003B3;<sub>0</sub> &#x0003E; 0 represents the constant rate of remodelling and &#x003B3;<sub><italic>M</italic><sub>2</sub></sub> &#x0003E; 0 is the remodelling enhancement rate induced by the M2 TAM population [<xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B96">96</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B100">100</xref>].</p>
</sec>
<sec>
<title>2.1.5. The Full Macro-Scale Dynamics</title>
<p>In summary, using Equations (3), (15), (21), and (22) the non-dimensional macro-scale dynamics is given by the following coupled PDEs</p>
<disp-formula id="E34"><label>(23a)</label><mml:math id="M38"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E35"><label>(23b)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E37"><label>(23c)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E39"><label>(23d)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E40"><label>(23e)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E41"><label>(23f)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in the presence of appropriate initial conditions (such as those specified in Equation (51)) with zero-flux boundary conditions for <italic>c</italic>, <italic>M</italic><sub>1</sub>, <italic>M</italic><sub>2</sub>, <italic>l</italic> and <italic>F</italic>, as well as Dirichlet boundary condition (Equation 3) for the nutrients &#x003C3;.</p>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Processes on the Micro-Scales and Links Between the Scales</title>
<p>As the process of cancer invasion is truly a multi-scale phenomena [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], the macro-scale dynamics is tightly linked together with several micro-scale processes. Among the micro-scale processes of important for cancer invasion, of main interest for us in this work are the micro-scale rearrangement of ECM fibre micro-constituents as well as the cell-scale proteolytic processes that take place at the leading edge of the tumour. In the following, we outline the details of these two micro-dynamics as well as the naturally occurring double feedback loop that links them to the tumour macro-scale dynamics (Equation 23).</p>
<sec>
<title>2.2.1. Fibres on the Micro-Scale and Their Bottom-Up and Top-Down Links to Macro-Dynamics</title>
<p>Following [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>], the macroscopic oriented ECM fibres are represented not only through their amount <italic>F</italic>(<italic>x, t</italic>), but also via their spatial bias that characterise their ability to withstand incoming forces. Indeed, both of these characteristics of the ECM fibres are induced by the distribution of the non-dimensional micro-fibres <italic>f</italic>(<italic>z, t</italic>) on a cell-scale micro-domain &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>): &#x0003D; <italic>x</italic>&#x0002B;&#x003B4;<italic>Y</italic> of appropriate micro-scale size &#x003B4; &#x0003E; 0, and are captured via a vector field representation [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] &#x003B8;<sub><italic>f</italic></sub>(<italic>x, t</italic>) of the ECM fibres which is defined by</p>
<disp-formula id="E42"><label>(24)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003BB;(&#x000B7;) is the Lebesgue measure in &#x0211D;<sup><italic>d</italic></sup> and &#x003B8;<sub><italic>f</italic>, &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>)</sub>(&#x000B7;, &#x000B7;) is the revolving barycentral orientation with respect to the measure <italic>f</italic>(<italic>z, t</italic>)&#x003BB;(&#x000B7;) given by Shuttleworth and Trucu [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]</p>
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M47"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, the second characteristic, namely the ECM fibres amount, is given by the Euclidean norm of the vector field &#x003B8;<sub><italic>f</italic></sub>(<italic>x, t</italic>), i.e.,</p>
<disp-formula id="E44"><mml:math id="M48"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and so it describes the mean-value of the micro-fibres distributed on &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>). Therefore, the micro-scale naturally links with the macro-scale since the representation of the ECM fibres on the macro-scale is induced by the micro-scale fibre distribution, and so we refer to this as the <italic>fibres bottom-up</italic> link.</p>
<p>On the other hand, the macro-scale spatial fluxes, generated by the tumour macro-dynamics (Equation 23), trigger a rearrangement of the ECM fibres micro constituents on each micro-domain &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>). Indeed, the collective migration of the cancer cells, M1 TAMS, and M2 TAMs lead naturally to the emergence of the associated spatial fluxes <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> given by</p>
<disp-formula id="E45"><mml:math id="M52"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>respectively. The combined action of these fluxes upon the ECM fibres distributed at (<italic>x, t</italic>) &#x02208; &#x003A9;<sub><italic>t</italic></sub> &#x000D7; [0, <italic>T</italic>] is felt uniformly by its constituent micro-fibres <italic>f</italic>(<italic>z, t</italic>) distributed on the associated micro-domain &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>), consequently inducing a <italic>micro-fibres rearrangement vector</italic> similar to the ones proposed in Shuttleworth and Trucu [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] and Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] of the form</p>
<disp-formula id="E46"><label>(25)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which triggers a spatial redistribution of the micro-fibres in &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>). In Equation (25), the non-linear weights &#x003C9;<sub><italic>c</italic></sub>, &#x003C9;<sub><italic>M</italic><sub>1</sub></sub>, &#x003C9;<sub><italic>M</italic><sub>2</sub></sub> and &#x003C9;<sub><italic>F</italic></sub> are the associated mass factions of cancer cells, M1 TAMs, M2 TAMs, and ECM fibres at (<italic>x, t</italic>), and so these are</p>
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M54"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>respectively. Ultimately, the rearrangement vector (Equation 25) induces a <italic>relocation vector</italic> &#x003BD;<sub>&#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>)</sub>(<italic>z, t</italic>), and as a result we can appropriately calculate the new positions of any micro-scale node <italic>z</italic> &#x02208; &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>) that are given by</p>
<disp-formula id="E48"><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, we illustrate the micro-fibre rearrangement process by considering a typical example of these vectors while for further details we refer the reader to Shuttleworth and Trucu [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] and Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]. Finally, this rearrangement of the ECM fibres at micro-scale triggered by the emergent macro-scale spatial fluxes (<inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) establishes the <italic>fibre top-bottom</italic> link. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, we illustrate the fibres bottom-up and top-down links, connecting the macro-scale and the ECM fibre micro-scale.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Typical examples of the relevant vectors <italic>x</italic><sub><italic>dir</italic></sub>(<italic>z</italic>): &#x0003D; <italic>z</italic> &#x02212; <italic>x</italic>, <italic>r</italic>(&#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>), <italic>t</italic>) and &#x003BD;<sub>&#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>)</sub>(<italic>z, t</italic>), allowing the redistribution of each micro-point (<italic>z, t</italic>).</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Schematics of the four links between the macro and both micro-scales as well as how they are linked together.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>2.2.2. MDE Boundary Micro-Dynamics and Its Connections to Macro-Dynamics</title>
<p>The second micro-process that we consider is the proteolytic molecular processes which are driven by the secretion of <italic>matrix-degrading enzymes</italic> (MDEs) (such as matrix-metalloproteinases) and take place along the leading edge of the tumour. Indeed, besides cancer cells, both M1 and M2 TAMs within the proliferating outer rim of the tumour secrete MDEs [<xref ref-type="bibr" rid="B95">95</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B99">99</xref>], and this way the tissue-scale dynamics induces a source for cell-scale proteolytic activity. Once secreted, the MDE molecular population exercises a spatial transport across the tumour interface within a cell scale neighbourhood of the tumour boundary, causing degradation of the szrperitumoral ECM, and ultimately leading to changes in the tumour morphology [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Thus, following here the approach introduced in Trucu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>], we explore the emerging spatio-temporal molecular MDEs micro-dynamics on an appropriate cell-scale neighbourhood of the tumour interface &#x02202;&#x003A9;(<italic>t</italic>) enabled by the union of a covering bundle of cubic micro-domains <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, with each &#x003F5;<italic>Y</italic> being of micro-scale size &#x003F5; &#x0003E; 0. This allows us to decompose the MDE micro-dynamics occurring on <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></inline-formula> into a union of MDE micro-processes occurring on each &#x003F5;<italic>Y</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p>
<p>Therefore, considering the tumour evolution over a time perspective [<italic>t</italic><sub>0</sub>, <italic>t</italic><sub>0</sub> &#x0002B; &#x00394;<italic>t</italic>], for an arbitrary instance <italic>t</italic><sub>0</sub> &#x02208; [0, <italic>T</italic>], and of appropriate micro-scale range &#x00394;<italic>t</italic> &#x0003E; 0, on any of the micro-domains <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> we denote by <italic>m</italic>(<italic>y</italic>, &#x003C4;) the spatio-temporal distribution of MDEs at micro-scale point (<italic>y</italic>, &#x003C4;) &#x02208; &#x003F5;<italic>Y</italic> &#x000D7; [0, &#x00394;<italic>t</italic>]. In this context, at any spatio-temporal (<italic>y</italic>, &#x003C4;) &#x02208; (&#x003F5;<italic>Y</italic> &#x02229; &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>)) &#x000D7; [0, &#x00394;<italic>t</italic>], a source of MDEs arises as a collective contribution of the cancer cell and both macrophage populations from the outer proliferating rim of the tumour that are situated within a distance &#x003B3;<sub><italic>h</italic></sub> &#x0003E; 0 from <italic>y</italic> &#x02208; &#x003F5;<italic>Y</italic>. Hence, denoting this micro-scale MDE source by <italic>h</italic>(<italic>y</italic>, &#x003C4;), this can be formalised mathematically via the non-local expression</p>
<disp-formula id="E49"><label>(26)</label><mml:math id="M62"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02229;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02229;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02229;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02209;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>\</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>B</bold>(<italic>y</italic>, &#x003B3;<sub><italic>h</italic></sub>): &#x0003D; {<italic>z</italic> &#x02208; <italic>Y</italic>|&#x02225;<italic>y</italic> &#x02212; <italic>z</italic>&#x02225;<sub>&#x0221E;</sub> &#x02264; &#x003B3;<sub><italic>h</italic></sub>} denotes the &#x02225;&#x000B7;&#x02225;<sub>&#x0221E;</sub> ball with appropriately chosen radius &#x003B3;<sub><italic>h</italic></sub> &#x0003E; 0 and 0 &#x0003C; &#x003C1; &#x0003C; &#x003B3;<sub><italic>h</italic></sub> is a small mollification range which smooths out the source function <italic>h</italic>(&#x000B7;, &#x000B7;). Further, in Equation (26) <italic>h</italic><sub>&#x003A3;</sub> is given by</p>
<disp-formula id="E51"><mml:math id="M64"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003E; 0, &#x003B1;<sub><italic>M</italic><sub>1</sub></sub> &#x0003E; 0 and &#x003B1;<sub><italic>M</italic><sub>2</sub></sub> &#x0003E; 0 are constant secretion rates of the MDEs by the cancer cells, M1 and M2 TAMs respectively. As the MDE micro-source is naturally induced by the macro-scale, this establishes a <italic>MDE top-down</italic> link between the tumour macro-dynamics and MDE-micro-dynamics occurring at the tumour interface. Finally, under the presence of the MDE source <italic>h</italic>(&#x000B7;, &#x000B7;), the MDE micro-dynamics is given by</p>
<disp-formula id="E52"><label>(27)</label><mml:math id="M65"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>D</italic><sub><italic>m</italic></sub> &#x0003E; 0 is the constant diffusion coefficient and <italic>n</italic> is the outward normal vector. Finally, as the patterns of significant degradation of the peritumoural ECM correspond the regions where significant levels MDEs are transported during the micro-dynamics, the micro-dynamics (Equation 27) enables us to capture to changes in tumour morphology by determining the direction of movement and magnitude of the displacement of invading cancer in the surrounding tissue [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]. Thus, the MDE micro-process induces changes in the shape of the tumour boundary &#x02202;&#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>), affecting directly the macro-dynamics, which is continued on a modified tumour macro-domain &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub> &#x0002B; &#x00394;<italic>t</italic>), for further details we refer the reader to Trucu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]. Hence, a <italic>MDE bottom-up</italic> link between the proteolytic boundary micro-dynamics and macro-scale cancer dynamics is this way established. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, we illustrate both MDE top-down and bottom-up links that connect the macro-scale and the MDE micro-scale.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Numerical Approaches</title>
<p>In this section, we describe the numerical approach developed to solve the tumour macro-scale dynamics (Equation 23). First, to solve the quasi-steady nutrients &#x003C3; equation (23f), we use the usual successive over-relaxation method with relaxation parameter &#x003C9; &#x0003D; 0.5 and tolerance of 10<sup>&#x02212;5</sup>. For the rest of the dynamics (Equations 23a&#x02013;23e), we use the method of lines approach to discretise the system (Equation 23) first in space and then for the resulting ODEs, we use a non-local predictor-corrector scheme [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. In this context, we carry out an accurate approximation of the two distinct spatial operators, namely the diffusion and adhesion operators, by using fast convolution-driven approaches. Specifically, while for the diffusion, we construct a convolution-based second-order central difference scheme [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>], for the adhesion operators, we formulate a convolution-driven <italic>fifth-order weighted essentially non-oscillatory</italic> (WENO5) finite difference scheme.</p>
<p>Furthermore, to approximate the adhesion integrals (Equation 14 and 19), we adopt the numerical approach used in Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]. Here, we omit the technical details of this method since it follows identical steps, the sole difference being that within the formulas, we use the total macrophage population, i.e., M1 &#x0002B; M2 TAMs instead of only the M2 TAMs population. For the same rationale, we also skip the details of the numerical method used in the MDE micro-scale, and for further details, we refer the reader to Suveges et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>].</p>
<p>To facilitate the description of the numerical approaches, let us introduce some basic notations. First, we discretise the maximal tissue cube <italic>Y</italic> &#x02208; &#x0211D;<sup>2</sup> uniformly in each direction with spatial step size &#x00394;<italic>x</italic> &#x0003D; &#x00394;<italic>y</italic>. Therefore, the discretisation of <italic>Y</italic> can be represented through the macro-spatial locations {(<italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>y</italic><sub><italic>j</italic></sub>)}<sub><italic>i,j</italic>&#x0003D;1..<italic>N</italic></sub>, with <italic>N</italic> &#x0003D; <italic>L</italic>/<italic>h</italic><sub><italic>L</italic></sub> &#x0002B; 1. Then the discretised global tumour vector at any time-step <italic>n</italic> is denoted by <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022BA;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, while the discretised nutrient field is denoted by &#x003C3;<sup><italic>n</italic></sup>. Furthermore, we denote the diffusion coefficient functions and adhesion integrals for cancer cell and TAMs by (<italic>D</italic><sup><italic>c</italic></sup>)<sup><italic>n</italic></sup>, (<italic>D</italic><sup><italic>M</italic></sup>)<sup><italic>n</italic></sup>, <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, respectively. Finally, with these notations, we are able to rewrite the macro-scale dynamics (Equation 23) in the following convenient form</p>
<disp-formula id="E53"><label>(28)</label><mml:math id="M69"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x000DF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E54"><mml:math id="M70"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x000DF;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<sec>
<title>3.1. Diffusion Operators: <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title>
<p>Starting with the discretisation of the diffusion operators <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (28), during the computations, we first detect whether a spatial node (<italic>i, j</italic>) is inside or outside the expanding tumour domain &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>) via an indicator function <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <italic>X</italic> &#x0003D; {1, ..., <italic>M</italic>} that is defined by</p>
<disp-formula id="E55"><label>(29)</label><mml:math id="M74"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly, we detect any boundary nodes using a boundary indicator function defined by</p>
<disp-formula id="E56"><label>(30)</label><mml:math id="M75"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x02202;&#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>) is boundary of &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>), and for convenience we also define the interior indicator function by</p>
<disp-formula id="E57"><label>(31)</label><mml:math id="M76"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>\</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>These two functions, given in Equations (30) and (31), enable us to split the domain into two parts, namely to boundary and strictly inside parts. The motivation behind this is to use two different computational technique on these parts which eventually reduces the computational cost. Hence, while for any interior node we can use the same discrete universal numerical operator (convolution), for a boundary point we need to apply unique operators due to the zero-flux boundary condition and the continuously changing tumour domain (that may result in an irregular tumour shape). Therefore, to achieve the reduction in computational cost, we accordingly split the spatial operators <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into two components as well, and so at any spatial node (<italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>y</italic><sub><italic>j</italic></sub>) &#x02208; &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>) &#x02282; <italic>Y</italic>, the diffusion operators can be represented as</p>
<disp-formula id="E58"><label>(32)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In this context, the usual two dimensional second-order central difference scheme for a non-constant diffusion operator is given by</p>
<disp-formula id="E59"><label>(33)</label><mml:math id="M79"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022BA;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Further, we observe that Equation (33) can be equivalently expressed by sum of discrete convolutions and so for all interior node (<italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>y</italic><sub><italic>j</italic></sub>) the scheme is given by</p>
<disp-formula id="E60"><label>(34)</label><mml:math id="M81"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x025E6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x025E6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x0002A; is the discrete convolution and &#x025E6; is the Hadamard product [<xref ref-type="bibr" rid="B101">101</xref>]. Also, in Equation (34) each <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, with <italic>k</italic> &#x0003D; 1&#x02026;4 describe the average between the point (<italic>i, j</italic>) and one of its immediate neighbour and so they are defined by</p>
<disp-formula id="E61"><label>(35)</label><mml:math id="M83"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x022BA;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x022BA;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Moreover, in Equation (34) <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with <italic>k</italic> &#x0003D; 1, 2 are induced by the forward and backward differences, respectively. Hence, they are defined in both direction <italic>i</italic> (if <italic>k</italic> &#x0003D; 1) as well as in direction <italic>j</italic> (if <italic>k</italic> &#x0003D; 2) by</p>
<disp-formula id="E63"><label>(36)</label><mml:math id="M87"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x022BA;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x022BA;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>However, for boundary nodes, we cannot use the form Equation (34) due to the imposed zero-flux boundary condition and the continuously changing tumour domain. This is because the calculation of the diffusion operators at the boundary nodes involves the approximation of the values at any node that does not belong to the tumour domain, i.e., for any node (<italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>y</italic><sub><italic>j</italic></sub>) &#x02209; &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>). In some cases, due to the irregular domain, such values may not be uniquely defined because multiple nodes can require the value of the same ghost/outside node, however, with different values. Consequently, for any boundary node, instead of the convolutional form Equation (34), we instead use the usual form Equation (33) and symmetrically reflect the values of the interior nodes to the ghost/outside nodes in a node by node fashion.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Adhesion Operators: <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title>
<p>The other spatial operators that contribute to the motility are the adhesion operators <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (28). The procedure to approximate these differential operators is based on the standard WENO5 scheme proposed in Jiang and Shu [<xref ref-type="bibr" rid="B102">102</xref>] and Liu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B103">103</xref>]. However, it was shown [<xref ref-type="bibr" rid="B104">104</xref>] that these standard WENO5 schemes suffer from slight post-shock oscillations. As a consequence, we adopt here the modified WENO5 scheme proposed in Zhang and Shu [<xref ref-type="bibr" rid="B104">104</xref>], which uses modified smoothness indicators and is referred to as the ZSWENO scheme.</p>
<p>Similarly to the diffusion operator case, here we split the domain into two parts as well. However, ZSWENO schemes induce larger stencils compared to the second-order central difference scheme and so, we need to split the domain &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>) into two parts differently. We refer these two parts as the <italic>inside</italic> and <italic>layer</italic> parts. First, the former one is detected by using an inside indicator function <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that we define by</p>
<disp-formula id="E64"><label>(37)</label><mml:math id="M91"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined in Equation (29) and <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by</p>
<disp-formula id="E65"><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is induced by the fifth-order ZSWENO stencils. Then the layer part of the domain is detected by a layer indicator function formulated as</p>
<disp-formula id="E66"><label>(38)</label><mml:math id="M95"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly to the diffusion, using these indicator functions (Equations 37 and 38), we split the adhesion operator into two parts and so at any spatial node (<italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>y</italic><sub><italic>j</italic></sub>) &#x02208; &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>) this operator is represented as</p>
<disp-formula id="E67"><label>(39)</label><mml:math id="M96"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">otherwise</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, for the inside operator <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we use the usual conservative form</p>
<disp-formula id="E68"><label>(40)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the numerical fluxes at <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. Also in Equation (40), for compact notation, <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and &#x0011C; denotes the <italic>x</italic> and <italic>y</italic> components of the vector field <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
<p>For brevity, we will only focus on defining <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and note that corresponding calculations for <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> follows identical steps. In this context, we split the <italic>x</italic> component of <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into two parts</p>
<disp-formula id="E69"><mml:math id="M114"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Then, we define these parts by using the popular Rusanov-type flux splitting method [<xref ref-type="bibr" rid="B105">105</xref>] that is given by</p>
<disp-formula id="E70"><label>(41)</label><mml:math id="M117"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where we approximate <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">max</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula>, i.e., the spectral radius of the Jacobian generated by <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in a Jacobian-free manner, detailed in Section 3.3. To this end, let us denote by <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> the numerical fluxes obtained by splitting <inline-formula><mml:math id="M122"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into the positive and negative parts, respectively. Then these numerical fluxes used in Equation (40) are given by the sum of their associated parts</p>
<disp-formula id="E71"><mml:math id="M123"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where following the standard ZSWENO procedure, <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are given by the weighted combination of the three third-order <italic>essentially non-oscillatory</italic> (ENO) approximations [<xref ref-type="bibr" rid="B102">102</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B104">104</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B106">106</xref>]. Hence, they are given by</p>
<disp-formula id="E72"><label>(42)</label><mml:math id="M126"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the non-linear weights that we will define later, <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the ENO approximations given by</p>
<disp-formula id="E73"><label>(43a)</label><mml:math id="M129"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E74"><label>(43b)</label><mml:math id="M130"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E75"><label>(43c)</label><mml:math id="M131"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E76"><label>(43d)</label><mml:math id="M132"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E77"><label>(43e)</label><mml:math id="M133"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E78"><label>(43f)</label><mml:math id="M134"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and similarly, <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are defined by</p>
<disp-formula id="E79"><label>(44a)</label><mml:math id="M136"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E80"><label>(44b)</label><mml:math id="M137"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E81"><label>(44c)</label><mml:math id="M138"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E82"><label>(44d)</label><mml:math id="M139"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E83"><label>(44e)</label><mml:math id="M140"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E84"><label>(44f)</label><mml:math id="M141"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, in Equations (43) and (44) <inline-formula><mml:math id="M142"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are given by the Rusanov-type flux splitting method defined in Equation (41).</p>
<p>Since our aim is to reduce the computational cost and so for this we seek to use convolution, we observe that indeed these ENO fluxes (Equations 43 and 44) can be equivalently represented by discrete convolutions, i.e.,</p>
<disp-formula id="E85"><label>(45)</label><mml:math id="M143"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M144"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M145"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the induced vectors from Equations (43) and (44), and for completeness they are defined in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix D</xref>.</p>
<p>Let us now shift our attention to the non-linear weights <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> that we used to construct the ZSWENO approximation in Equation (42). Following again the usual procedure [<xref ref-type="bibr" rid="B103">103</xref>], we define these weights as</p>
<disp-formula id="E86"><label>(46)</label><mml:math id="M147"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where we take the usual <italic>p</italic> &#x0003D; 2, <inline-formula><mml:math id="M148"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> values [<xref ref-type="bibr" rid="B102">102</xref>], and define the optimal weights <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> as: <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M152"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M153"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Furthermore, in Equation (46) <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the ZSWENO smoothness indicators [<xref ref-type="bibr" rid="B104">104</xref>], and the explicit formulae first for <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are given by</p>
<disp-formula id="E87"><label>(47a)</label><mml:math id="M159"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E88"><label>(47b)</label><mml:math id="M160"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E89"><label>(47c)</label><mml:math id="M161"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E90"><label>(47d)</label><mml:math id="M162"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E91"><label>(47e)</label><mml:math id="M163"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E92"><label>(47f)</label><mml:math id="M164"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and then for <inline-formula><mml:math id="M165"><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<disp-formula id="E93"><label>(48a)</label><mml:math id="M166"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E94"><label>(48b)</label><mml:math id="M167"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E95"><label>(48c)</label><mml:math id="M168"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E96"><label>(48d)</label><mml:math id="M169"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E97"><label>(48e)</label><mml:math id="M170"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E98"><label>(48f)</label><mml:math id="M171"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Once again, in Equations (47) and (48) the positive <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and negative <inline-formula><mml:math id="M173"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parts are defined by using the Rusanov flux splitting Equation (41). Furthermore, we can observe that these smoothness indicators (Equations (47), 48) can be equivalently expressed in terms of discrete convolutions, i.e.,</p>
<disp-formula id="E99"><label>(49)</label><mml:math id="M174"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>I</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>*</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the appropriately induced vectors <inline-formula><mml:math id="M175"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are defined in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix D</xref>. This completes the description of the convolution-driven ZSWENO scheme for the inside differential operators <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, i.e., the approximation of <inline-formula><mml:math id="M178"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all inside nodes.</p>
<p>However, since the adhesion operators <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> were split into two parts in Equation (39), it remains to describe the ZSWENO scheme for the layer operator <inline-formula><mml:math id="M180"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, accounting for all nodes that are considered to be in the layer part of the domain. As in Section 3.1 for the boundary diffusion operators, here we also need to appropriately approximate the value of any point that is located outside of the tumour domain &#x003A9;(<italic>t</italic><sub>0</sub>). To this end, we symmetrically reflect the values of the interior nodes to the ghost nodes in a node by node fashion due to the irregular tumour domain. This ultimately enables us to use the standard non-convolutional ZSWENO scheme (Equations 43, 44, 47, and 48) instead of the convolutional forms Equations (45) and (49) to approximate the layer operators <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.3. Approximation of the Propagation Speed &#x003B1;</title>
<p>Due to the complexity of <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, calculating its Jacobian <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is extremely time consuming. Hence, to find the largest eigenvalue &#x003B1;, we rather skip the exact evaluation of the Jacobian and choose to approximate the propagation speed in a Jacobian-free manner. For this, let us first define the eigenvalue problem by</p>
<disp-formula id="E100"><label>(50)</label><mml:math id="M184"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle class="text"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is the Jacobian, <italic>v</italic> is an eigenvector, and &#x003BB; is an eigenvalue of <italic>J</italic>. Then in order to find the largest eigenvalue &#x003B1;, we solve (Equation 50) iteratively with convergence tolerance of 10<sup>&#x02212;14</sup> and with a random initial guess for <italic>v</italic>. Hence, similarly to, for instance, a Jacobian-free Newton-Krylov method [<xref ref-type="bibr" rid="B107">107</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B108">108</xref>], to find &#x003BB;<italic>v</italic> in Equation (50) we evaluate the Jacobian-vector product <italic>Jv</italic> instead of <italic>J</italic>, which is proved to be a significantly less time-consuming task. To that end, the approximation of <italic>Jv</italic> is carried out via the first-order Taylor series expansion, and so it is given by</p>
<disp-formula id="E101"><mml:math id="M186"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003F5;<sub><italic>p</italic></sub> is a small perturbation parameter. Since the precision is limited in the evaluation of the flux <inline-formula><mml:math id="M187"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, a good choice to evaluate this small parameter &#x003F5;<sub><italic>p</italic></sub> is given by Knoll and Keyes [<xref ref-type="bibr" rid="B108">108</xref>]</p>
<disp-formula id="E102"><mml:math id="M188"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003F5;<sub><italic>mach</italic></sub> &#x0003E; 0 is the machine precision.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Numerical Results</title>
<p>In this section, we present the numerical results for our multi-scale model. Hence, for the simulations let us consider a tissue domain <italic>Y</italic> &#x0003D; [0 &#x000D7; 4] &#x000D7; [0 &#x000D7; 4] and the following initial conditions:</p>
<disp-formula id="E103"><label>(51)</label><mml:math id="M189"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>25</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>25</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>25</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">min</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6A</xref>. Here the white curves indicate the boundary of the tumour domain &#x02202;&#x003A9;(0). Besides these macro-scale initial conditions, we also illustrate the initial state of one micro-scale fibre domain &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>) in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6B</xref>, which is repeated for all macro-scale points. Also, the ratio between the fibre and non-fibre ECM phases are assumed to be 20% : 80% for all simulations.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p><bold>(A)</bold> Initial conditions of the cancer cells, both M1 and M2 TAMs, non-fibre ECM and the nutrients, respectively. <bold>(B)</bold> Initial condition of the micro-fibres on &#x003B4;<italic>Y</italic>(<italic>x</italic>), which is repeated for all <italic>x</italic>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0006.tif"/>
</fig>
<p>Finally, all presented simulations corresponds to time 50&#x00394;<italic>t</italic>. The baseline parameters values are provided in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix A</xref>, and any alteration from these values will be stated accordingly.</p>
<sec>
<title>4.1. Spatial Dependency of the Re-polarisation</title>
<p>First, we investigate numerically the effects of changing the re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>) used in Equation (12), defined in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix C</xref> and illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. Hence, here we study whether the success of a M2&#x02192;M1 re-polarisation strategy against the tumour is dependent on the spatial domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>), specifically on <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>=the distance from the outer boundary &#x02202;&#x003A9;<sub><italic>o</italic></sub>(<italic>t</italic>). For this let us use the radii <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x02208; {0, &#x00394;<italic>x</italic>, 2&#x00394;<italic>x</italic>, 3&#x00394;<italic>x</italic>, 4&#x00394;<italic>x</italic>} for the re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>), as well as let us start the process at time 0, i.e., we take <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0 in Equation (12). To further study these spatial effects, we also consider multiple tissue conditions by changing the tissue environment controller &#x003B2; &#x02208; {0.75, 0.7875, 0.825} (see Trucu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]).</p>
<p>To compare the resulting tumours, we measure the overall tumour mass and spread at final time 50&#x00394;<italic>t</italic>, using the total density of the cancer cells as well as the area of the tumour. Ultimately, this enables us to quantify the changes, resulted from the modification of the re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>). Specifically, the overall tumour mass is measured by integrating the cancer cell density <italic>c</italic>(<italic>x</italic>, 50&#x00394;<italic>t</italic>) and the overall tumour spread as given by the area of the tumour domain &#x003A9;(50&#x00394;<italic>t</italic>).</p>
<sec>
<title>4.1.1. Baseline Cases</title>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> we present the numerical results for the baseline case characterised by the absence of M2&#x02192;M1 re-polarisation. Specifically, in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7A&#x02013;C</xref> we investigate the no-repolarisation case in the context of different tissue environment controllers: <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7A</xref> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7B</xref> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7C</xref> &#x003B2; &#x0003D; 0.825. As we can see, at time 50&#x00394;<italic>t</italic>, the tumour is enlarged and has invaded some of its surroundings, and within the tumour domain &#x003A9;(50&#x00394;<italic>t</italic>) we observed heterogeneity in all three cell populations (cancer cell, M1 and M2 TAMs). We also notice that near M2 TAMs accumulations sites, the density of cancer cells also seems to be higher. In contrast, higher M1 TAMs density usually corresponds to both low M2 TAMs as well as low cancer cell populations. The movement and spatial distribution of tumour and immune cells are influenced directly and indirectly by the ECM fibres. For illustrative purposes, the rearranged fibre structure is portrayed by a four-fold coarsened oriented ECM fibres field in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. The peritumoral degradation of the two-phase ECM (caused by the cancer cells and both TAMs) allows the tumour to expand and spread to the neighbouring tissues, resulting in some tumour fingering patterns that vary with the controller &#x003B2;: higher &#x003B2; leads to more tumour fingering. This induces an irregular tumour domain, as well as the formation of "islands" inside the tumour, which corresponds to areas of initially low ECM density, i.e., the ECM level was too low in such areas to support tumour movement. Finally, in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>, we also present the level of available nutrients. Hence, we can see that since the nutrients are only supplied through the outer boundary &#x003A9;<sub><italic>o</italic></sub>(<italic>t</italic>), the initial normal level of nutrients is significantly depleted (by the three cell populations) inside the tumour. This can lead to hypoxia and then eventually create a necrotic core (not modelled explicitly in this study).</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Baseline simulation with no macrophage re-polarisation (i.e., we set <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0) at final time 50&#x00394;<italic>t</italic>. <bold>(A)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <bold>(B)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <bold>(C)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.825.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.1.2. The Impact of M2&#x02192;M1 re-Polarisation</title>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F8">Figures 8A&#x02013;C</xref>, we introduce the re-polarisation of the M2 TAMs to M1 TAMs within the domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t</italic>, &#x00394;<italic>x</italic>) (i.e., <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; &#x00394;<italic>x</italic>), and again we investigate the role of three controller values: <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8A</xref> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8B</xref> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8C</xref> &#x003B2; &#x0003D; 0.825. While in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> the M1 TAMs mainly accumulated near the tumour boundary, in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> we see that the re-polarisation of M2 TAMs leads to an increase in the M1 TAMs population inside the tumour, leading to several accumulation sites located further away from the leading edge. In contrast, the presence of M2 TAMs inside of the tumour is decreased compared to <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>, and these immune cells now accumulate only in a small neighbourhood of the boundary (because we do not re-polarise M2 TAMs into M1 TAMs in a <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; &#x00394;<italic>x</italic> neighbourhood of the boundary; see <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>). Since both macrophage populations interact with the cancer cells, we also see some differences in the cancer cell population and these differences depend on the degradation level of ECM as controlled by the value of &#x003B2;. Using two measures (spread and mass), we first focus on the &#x003B2; &#x0003D; 0.75 case and compare <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7A</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F8">8A</xref>: re-polarisation leads to an &#x02248;11% increase in tumour spread as well as an &#x02248;20% decrease in tumour mass. Then for &#x003B2; &#x0003D; 0.7875 (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F8">8B</xref>) we observe an &#x02248;5% reduction in spread and an &#x02248;34% decrease in mass. Finally, for &#x003B2; &#x0003D; 0.825 (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7C</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F8">8C</xref>), the tumour spread is increased by &#x02248;15% and the tumour mass is reduced by &#x02248;31%. Hence, although re-polarising M2 TAMs into M1 TAMs does not show an overall improvement in terms of tumour spread, it significantly impeded the migration of the cancer cell mass from hypoxic regions to the proliferating rim as well as helped reducing the mass by killing the cancer cells. However, since <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; &#x00394;<italic>x</italic>, the M2 TAMs are able to accumulate in a &#x00394;<italic>x</italic> neighbourhood of the interface and so we can still observe a moderate density of cancer cells near the boundary.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Simulation with re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t</italic>, &#x00394;<italic>x</italic>) and with starting time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0 at the final time 50&#x00394;<italic>t</italic>. <bold>(A)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <bold>(B)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <bold>(C)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.825.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.1.3. Tumour Spread/Mass Changes With Respect to <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub></title>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> we vary <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> and present the changes in the dimensionless tumour area (spread) and mass resulted by changing the radius <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>. Specifically, in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9A&#x02013;C</xref> we again consider the three previously used environment controllers &#x003B2; &#x0003D; 0.75, &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, &#x003B2; &#x0003D; 0.825. Moreover, since various types of cancers secrete MMPs at different rates [<xref ref-type="bibr" rid="B109">109</xref>], here we also consider high, medium and low MDE secretion rates. Finally, we vary the radii for the re-polarisation domain, <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x02208; {0, &#x00394;<italic>x</italic>, 2&#x00394;<italic>x</italic>, 3&#x00394;<italic>x</italic>, 4&#x00394;<italic>x</italic>}, while we assume that the re-polarisation process starts at time 0, i.e., we take <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0. The left panels of <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> show the changes in the dimensionless variable for tumour areas/spreads with respect to <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>, while the right panels show the changes in the dimensionless variables for tumour mass with respect to <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>. Here, the blue circles correspond to high ECM degradation rates (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 3.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.625), the orange diamonds correspond to medium degradation rates (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 2.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.42), and the red crosses correspond to low degradation rates (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 0.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.21). Comparing first the changes due to varying the tissue controller &#x003B2;, we can see a clear overall decrease in both tumour spread and mass as we increase &#x003B2;. This was seen also in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>, where a more prominent tumour fingering pattern was present as we increased &#x003B2; which resulted in a decrease in tumour spread. Furthermore, in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9A&#x02013;C</xref> the overall behaviour of the tumour spread does not change significantly as we vary the radius of the re-polarisation domain <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>. Hence, even though the proteolytic molecular processes at the leading tumour edge change (via the MDE source Equation 26) following the M2&#x02192;M1 re-polarisation, we cannot see a clear trend in tumour spread. This might be because of the complex interactions between tumour and infiltrating immune cell populations: although we see an increase in the M1 TAMs populations near the boundary [that also secrete more MDEs than the M2 cells [<xref ref-type="bibr" rid="B110">110</xref>]], the overall proteolytic molecular processes at the leading edge of the tumour might not change too much, which would mean similar tumour spread. Second, the rearrangement of the micro-fibre distribution also affects tumour spread, since the amount of fibres that are being re-located near the leading edge is dependent on the fluxes generated by the different cell populations. Therefore, our model suggests that merely re-polarising the M2 TAMs into the anti-tumoral M1 phenotype might not be enough to stop tumour spread.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>Results of varying the radius of the re-polarisation domain <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x02208; {0, &#x00394;<italic>x</italic>, 2&#x00394;<italic>x</italic>, 3&#x00394;<italic>x</italic>, 4&#x00394;<italic>x</italic>} with starting time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0. Left panel shows the change in the tumour spread and the right panel shows the change in tumour mass with respect to <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>. Here the blue circles correspond to a high ECM degradation rate by cancer cells (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 3.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.625), the orange diamonds to a medium ECM degradation rate (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 2.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.42) and the red crosses to a low degradation rate (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 0.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.21). The environment controller &#x003B2; is set to <bold>(A)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <bold>(B)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <bold>(C)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.825.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0009.tif"/>
</fig>
<p>On the other hand, in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9A&#x02013;C</xref> we see that the tumour mass is greatly reduced in all of the presented cases. These results also show that for the largest reduction we need to re-polarise the M2 TAMs inside the whole tumour domain (i.e., <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0, which means that the re-polarisation domain is &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t</italic>, 0) &#x0003D; &#x003A9;(<italic>t</italic>)). Hence, the presence of M2 TAMs in the proliferating rim may be enough to maintain the tumour mass and to induce tumour spread by leading to a moderate presence of cancer cells in the proliferating rim. In conclusion, the results in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> suggest that re-polarising M2-like macrophages to the M1 phenotype have the ability to reduce tumour mass, but we may need a supplementary strategy primarily focusing on tumour spread or tumour stroma in order to restrain tumour development.</p>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>4.2. Temporal Dependency of the Re-polarisation</title>
<p>Let us now concentrate on the temporal aspects of a possible re-polarisation strategy. Since in the previous section, we have shown that the M2&#x02192;M1 re-polarisation impacts predominantly tumour mass, and since this effect was the strongest when <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0, here we investigate the effect of changing <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> on tumour mass when we re-polarise the M2 TAMs within the whole tumour domain. Thus, by varying <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> used in Equation (12) we aim to investigate the effectiveness of such strategy when we introduce the re-polarisation of M2 TAMs at time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003E; 0. This is crucial since tumours are only detectable above a certain size, and so a potential treatment that uses re-polarisation cannot be started at time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0. To this end, in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> we present the change in the dimensionless tumour mass with respect to the re-polarisation start time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub>. As before, <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10A</xref> corresponds to &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10B</xref> to &#x003B2; &#x0003D; 0.8785 and <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10C</xref> to &#x003B2; &#x0003D; 0.825. For each of these sub-cases, the blue circle corresponds to high ECM degradation rates by cancer cells, the orange diamond to medium degradation rates, and the red cross to low degradation rates. The results in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> suggest that the lowest tumour mass can be achieved by starting the re-polarisation as soon as possible, as one would expect. However, even at moderate times, for instance at 25&#x00394;<italic>t</italic>, the tumour mass can be controlled at relatively low values. All these tumour values obtained following re-polarisation at different times <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> are smaller than the tumour value obtained for no re-polarisation (see the last point on the horizontal axis in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>). This indicates that a re-polarisation based strategy is not only viable when it is introduced at a very early stage, but it could also be effective even against a more advanced and larger tumour.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>Results of varying the re-polarisation start time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x02208; {0, 5&#x00394;<italic>t</italic>, &#x02026;, 45&#x00394;<italic>t</italic>, 50&#x00394;<italic>t</italic>}. The blue circles correspond to a high ECM degradation rates by cancer cells (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 3.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.625), the orange diamonds to medium ECM degradation rates (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 2.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.42) and the red crosses to low ECM degradation rates (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 0.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.21). The environment controller &#x003B2; is set to <bold>(A)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <bold>(B)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <bold>(C)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.825.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0010.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.3. In the Absence of Nutrients</title>
<p>So far, we have considered the presence of nutrients and the related effect-functions within the macro-scale dynamics (Equation 23). However, here, we also investigate how the absence of these components influence the overall tumour dynamics. Hence, for the rest of this section, we take &#x003C3;(<italic>x, t</italic>) &#x02261; 0, &#x02200;(<italic>x, t</italic>) &#x02208; <italic>Y</italic> &#x000D7; [0, <italic>T</italic>] and &#x003A8;<sub><italic>p</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dc</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dM</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1 and &#x003A8;<sub><italic>M</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x02200;&#x003C3; and <italic>S</italic><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> &#x0003D; 0. For reasons of comparability, we use the same scenarios as before, and so first, in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>, we present the case of no re-polarisation and no nutrients. Although comparing <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref> we can observe some expected tumour morphology changes, the main difference that we would like to emphasise is that in the absence of nutrients, all three cell populations form a more homogeneous distribution. For example, while in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref> there is only one cancer cell accumulation region (about (2, 2) where we centred our initial condition), in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> this is not the case, and rather cancer cells are more heterogeneously distributed throughout the tumour domain &#x003A9;(50&#x00394;<italic>t</italic>) creating various accumulation regions. Furthermore, we can also see an M2 TAMs population that penetrate the tumour deeper in the presence of nutrients. This is because in this case in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref> there are no nutrients mediated movement (since <italic>S</italic><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> &#x0003D; 0), and so the combination of macrophage-macrophage and macrophage-cancer adhesions is not adequate to guide the M2-like macrophages away from the boundaries in most cases. Hence, these results suggest that the nutrient mediated movement play an important, non-negligible role in guiding macrophages towards necrotic regions, which is consistent with biological experiments [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>]. Moreover, in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>, we introduce M2&#x02192;M1 re-polarisation (with &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t</italic>, &#x00394;<italic>x</italic>) and <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0), and so we can compare it to the results of <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> where we presented the same scenario but in the presence of nutrients. By comparing these results, we can observe more homogeneous cell populations (cancer, M1 and M2 TAMs) as well as the same phenomena as before but with the M1 TAMs population (due to the re-polarisation), i.e., in the absence of macrophage-nutrient relationship (since <italic>S</italic><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> &#x0003D; 0) M1-like macrophages are accumulated closer to the boundary and are less efficient in penetrating the tumour. This may be of particular interest for future mathematical models due to recent advances regarding macrophage-mediated drug delivery [<xref ref-type="bibr" rid="B111">111</xref>], an approach that can be used not only for tumours but for other diseases as well.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p>Baseline simulation with no macrophage re-polarisation and no nutrients (i.e., &#x003C3;(<italic>x, t</italic>) &#x02261; 0, &#x02200;(<italic>x, t</italic>) &#x02208; <italic>Y</italic> &#x000D7; [0, <italic>T</italic>] and &#x003A8;<sub><italic>p</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dc</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dM</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1 and &#x003A8;<sub><italic>M</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x02200;&#x003C3; and <italic>S</italic><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> &#x0003D; 0) at final time 50&#x00394;<italic>t</italic>. <bold>(A)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <bold>(B)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <bold>(C)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.825.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0011.tif"/>
</fig>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>Simulation with re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t</italic>, &#x00394;<italic>x</italic>), starting time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0 and with no nutrients (i.e., &#x003C3;(<italic>x, t</italic>) &#x02261; 0, &#x02200;(<italic>x, t</italic>) &#x02208; <italic>Y</italic> &#x000D7; [0, <italic>T</italic>] and &#x003A8;<sub><italic>p</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dc</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dM</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1 and &#x003A8;<sub><italic>M</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x02200;&#x003C3; and <italic>S</italic><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> &#x0003D; 0) at the final time 50&#x00394;<italic>t</italic>. <bold>(A)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <bold>(B)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <bold>(C)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.825.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0012.tif"/>
</fig>
<p>To investigate the effects of nutrients on the tumour spread and mass behaviour that we have seen in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>, here for comparability, we also present the same scenarios but in the absence of nutrients in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref>. Hence, we consider the three previously used environment controllers &#x003B2; &#x0003D; 0.75, &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, &#x003B2; &#x0003D; 0.825 with the three ECM degradation rates (high, medium and low) and present both the tumour spread and mass for each case. Although with some expected changes in the values, in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> we detect a similar behaviour as in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> that the proteolytic molecular processes at the leading edge of the tumour do not change drastically, i.e., varying the radius of the re-polarisation domain <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> does not affect tumour spread substantially. Furthermore, we find consistent results for tumour mass as well, since we achieve the greatest reduction in the case of <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0 and then as we increase the radius <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>, tumour mass also increases. Therefore, our results suggest that although nutrients play an important role in the movement of both macrophage phenotype, it does not affect the features and properties of the spatial dependency of the re-polarisation, i.e., both in the presence and in the absence of nutrients the tumour spread and mass react to changes in the re-polarisation radius <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> in a similar fashion.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>Figure 13</label>
<caption><p>Results of varying the radius of the re-polarisation domain <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x02208; {0, &#x00394;<italic>x</italic>, 2&#x00394;<italic>x</italic>, 3&#x00394;<italic>x</italic>, 4&#x00394;<italic>x</italic>} with starting time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0 in the absence of nutrients (i.e., &#x003C3;(<italic>x, t</italic>) &#x02261; 0, &#x02200;(<italic>x, t</italic>) &#x02208; <italic>Y</italic> &#x000D7; [0, <italic>T</italic>] and &#x003A8;<sub><italic>p</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dc</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x003A8;<sub><italic>dM</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1 and &#x003A8;<sub><italic>M</italic></sub>(&#x003C3;) &#x02261; 1, &#x02200;&#x003C3; and <italic>S</italic><sub><italic>M&#x003C3;</italic></sub> &#x0003D; 0). Left panel shows the change in the tumour spread and the right panel shows the change in tumour mass with respect to <italic>R</italic><sub><italic>p</italic></sub>. Here the blue circles correspond to high ECM degradation rates by cancer cells (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 3.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.625), the orange diamonds to medium degradation rates (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 2.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.42) and the red crosses to low degradation rates (&#x003B2;<sub><italic>lc</italic></sub> &#x0003D; 1.0, &#x003B2;<sub><italic>Fc</italic></sub> &#x0003D; 0.5, &#x003B1;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 0.21). The environment controller &#x003B2; is set to <bold>(A)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.75, <bold>(B)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.7875, and <bold>(C)</bold> &#x003B2; &#x0003D; 0.825.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-07-799650-g0013.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>5. Conclusions</title>
<p>In this study, we have further developed and extended a multi-scale moving boundary framework for cancer invasion [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] by also considering the dynamics of the anti-tumoral M1 TAMs as well as the nutrients. On one hand, we took into account the nutrients since every cell requires them to live and function properly, and so their presence is indispensable. On the other hand, we focused on the classically activated M1-like macrophages since they are known to be capable of killing cancer cells. Moreover, since macrophages are one of the most abundant immune cells in the tumour micro-environment and their plasticity enables them to switch phenotypes, they are prime candidates to assist in the fight against cancer. To this end, we investigated how the re-polarisation of the M2 TAMs into M1 TAMs can affect cancer development, by focusing especially on the macrophage populations near the leading edge of the tumour. Specifically, we studied the spatial aspect of the M2&#x02192;M1 re-polarisation through the definition of a re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>), and the temporal aspect via the starting re-polarisation time <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> used in Equation (12). Finally, while in this work we considered the death of macrophages induced through nutritional starvation, this is only one aspect in the wider picture concerning death and survival of macrophages within the necrotic region, which so far has not been fully explored experimentally. Future mathematical modelling studies will explore other death and survival aspects involved concerning macrophages in necrotic regions.</p>
<p>To propose new hypotheses, we first introduced a macro-scale quasi-steady reaction-diffusion equation for the nutrients where we considered the spatial transport to be described by diffusion with constant-coefficient as well as a linear uptake rate. To account for the effect of nutrients on the different cell functions, we defined four effect-functions that we used for the rest of tumour dynamics. Furthermore, we introduced another macro-scale equation, describing the behaviour of the M1 TAMs where the motility of the M1 phenotype is represented both by random and directed movements. The rest of the equation involves an influx term, a nutrient-dependent proliferation and death laws, as well as a nutrient-dependent polarisation and a re-polarisation terms that describe the switch between the two phenotypes. Similarly to the M2 TAMs, the M1 phenotype also secrete MDEs that can degrade the ECM. Therefore, this M1 phenotype directly contributes to the re-arrangement of the micro-fibres constituents, as well as serving as a source of MDEs for the proteolytic processes that occur on the invasive edge of the tumour.</p>
<p>We used this extended model to explore the possibilities of macrophage re-polarisation to depend on the spatial domain as well as on time. First, in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> we presented the result of the spatial dependency by varying the re-polarisation domain &#x003A9;<sub><italic>p</italic></sub>(<italic>t, R</italic><sub><italic>p</italic></sub>). We concluded that even though the tumour spread does seems to be affected much by the M2&#x02192;M1 re-polarisation (which may be expected as biological studies [<xref ref-type="bibr" rid="B110">110</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B112">112</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B113">113</xref>] have shown that M1 TAMs located in the stoma can promote cancer progression), the tumour mass can be reduced significantly. Therefore, even though we may need additional strategies directly targeting tumour spread, the tumour mass can potentially be reduced by the re-polarisation of M2 TAMs to M1 TAMs.</p>
<p>Finally, since tumours are only detectable above a certain size and therefore the M2&#x02192;M1 re-polarisation is usually applied at later stages in tumour development, in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> we investigated the temporal dependency of M2&#x02192;M1 re-polarisation. There, we showed that while the smallest tumour mass can be obtained when the re-polarisation starts as soon as possible, in some cases, it is possible to keep the tumour under control even when we re-polarise at later times. For example, in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10A</xref>, for high ECM degradation levels, tumour mass did not change when <italic>t</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x02264; 25&#x00394;<italic>t</italic>. However, tumour mass slowly increased as we delayed the re-polarisation time for medium and low ECM degradation. All these theoretical results suggest that macrophages re-polarisation protocols (through various immunotherapies, such as the use of agonist anti-CD40 mAb [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]) might have to be adapted to the tumour environment and the degradation levels of the ECM.</p>
<p>We emphasise that due to the complexity of this modelling framework, which forced us to work with a nondimensionalised model, the results in this study are only qualitative. Nevertheless, they provide new theoretical hypotheses regarding the possible roles of macrophage re-polarisation (within specific regions of the solid tumours, and within specific time scales) in the context of immunotherapies for cancer. Furthermore, while in this study we considered a generic solid tumour rather than a specific one, the findings here are in principle applicable to specific tumour types such as gliomas as we have done it also in our recent publication [<xref ref-type="bibr" rid="B114">114</xref>].</p>
<p>To conclude, we suggest that in addition to the re-polarisation of M2 TAMs, we also need additional strategies targeting tumour spread or tumour stroma in order to fully stop the tumour from advancing. In this context, it is worth mentioning that we started modelling the effect of vasculature (existing and newly growing blood vessels) on the transport of nutrients and immune cells into the tumour; but this will form the topic of a future publication. Moreover, beyond the current modelling approach, considering the time evolution of the vasculature would also allow us to gain a more comprehensive insight into the effects of nutrients on other immune cells (such as T cells), the interplay between different cells [such as cancer, TAMs and cancer-associated fibroblasts [<xref ref-type="bibr" rid="B115">115</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B116">116</xref>]] and additional surplus amount of cytokines secreted by other immune cells in the tumour microenvironment. Furthermore, modelling an evolving network of blood vessels would enable us to use it as a supply of macrophages (and other cells) or create more complex hypoxic and necrotic regions that would induce further heterogeneity in all cell populations, ultimately leading to more realistic scenarios.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Supplementary Material</xref>, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>All authors listed have made a substantial, direct, and intellectual contribution to the work and approved it for publication.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The authors would like to acknowledge that this research was supported by the EPSRC DTA EP/R513192/1 grant.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x00027;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="supplementary-material" id="s10">
<title>Supplementary Material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fams.2021.799650/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fams.2021.799650/full#supplementary-material</ext-link></p>
<supplementary-material xlink:href="Presentation_1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Henke</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Nandigama</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Erg&#x000FC;n</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Extracellular matrix in the tumour microenvironment and its impact on cancer therapy</article-title>. <source>Front Mol Biosci</source>. (<year>2020</year>) <volume>6</volume>:<fpage>160</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fmolb.2019.00160</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32118030</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weinberg</surname> <given-names>RA</given-names></name></person-group>. <source>The Biology of Cancer</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Garland Science</publisher-name> (<year>2006</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hanahan</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Weinberg</surname> <given-names>RA</given-names></name></person-group>. <article-title>Hallmarks of cancer: the next generation</article-title>. <source>Cell</source>. (<year>2011</year>) <volume>144</volume>:<fpage>646</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cell.2011.02.013</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21376230</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Filipe</surname> <given-names>EC</given-names></name> <name><surname>Chitty</surname> <given-names>JL</given-names></name> <name><surname>Cox</surname> <given-names>TR</given-names></name></person-group>. <article-title>Charting the unexplored extracellular matrix in cancer</article-title>. <source>Int J Exp Pathol</source>. (<year>2018</year>) <volume>99</volume>:<fpage>58</fpage>&#x02013;<lpage>76</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/iep.12269</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29671911</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Madsen</surname> <given-names>DH</given-names></name> <name><surname>Bugge</surname> <given-names>TH</given-names></name></person-group>. <article-title>The soure of matrix-degrading enzymes in human cancer: problems of research reproducibility and possible solutions</article-title>. <source>J Cell Biol</source>. (<year>2015</year>) <volume>209</volume>:<fpage>195</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1083/jcb.201501034</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25918222</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kelly</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Davison</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Bliss</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>McGee</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Macrophages in human breast disease: a quantitative immunohistochemical study</article-title>. <source>Br J Cancer</source>. (<year>1988</year>) <volume>57</volume>:<fpage>174</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/bjc.1988.36</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">2833921</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vinogradov</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Warren</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Wei</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>Macrophages associated with tumours as potential targets and therapeutic intermediates</article-title>. <source>Nanomedicine</source>. (<year>2014</year>) <volume>9</volume>:<fpage>695</fpage>&#x02013;<lpage>707</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2217/nnm.14.13</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24827844</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liguori</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Solinas</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Germano</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Mantovani</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Allavena</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Tumor-Associated macrophages as incessant builders and destroyers of the cancer stroma</article-title>. <source>Cancers</source>. (<year>2011</year>) <volume>3</volume>:<fpage>3740</fpage>&#x02013;<lpage>61</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/cancers3043740</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24213109</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cassetta</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Noy</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Swierczak</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Sugano</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Smith</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Wiechmann</surname> <given-names>L</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Isolation of mouse and human tumor-associated macrophages</article-title>. In: <source>Advances in Experimental Medicine and Biology</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name> (<year>2016</year>). p. <fpage>211</fpage>&#x02013;<lpage>29</lpage>.<pub-id pub-id-type="pmid">27325269</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>L&#x000F3;pez-Janeiro</surname> <given-names>&#x000C1;</given-names></name> <name><surname>Padilla-Ansala</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>de Andrea</surname> <given-names>CE</given-names></name> <name><surname>Hardisson</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Melero</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Prognostic value of macrophage polarization markers in epithelial neoplasms and melanoma. A systematic review and meta-analysis</article-title>. <source>Mod Patho.l.</source> (<year>2020</year>) <volume>33</volume>:<fpage>1458</fpage>&#x02013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41379-020-0534-z</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32291396</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qiu</surname> <given-names>SQ</given-names></name> <name><surname>Waaijer</surname> <given-names>SJH</given-names></name> <name><surname>Zwager</surname> <given-names>MC</given-names></name> <name><surname>de Vries</surname> <given-names>EGE</given-names></name> <name><surname>van der Vegt</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Schr&#x000F6;der</surname> <given-names>CP</given-names></name></person-group>. <article-title>Tumor-associated macrophages in breast cancer: innocent bystander or important player?</article-title> <source>Cancer Treat Rev</source>. (<year>2018</year>) <volume>70</volume>:<fpage>178</fpage>&#x02013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ctrv.2018.08.010</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30227299</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Shen</surname> <given-names>G</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Inverse role of distinct subsets and distribution of macrophage in lung cancer prognosis: a meta-analysis</article-title>. <source>Oncotarget</source>. (<year>2016</year>) <volume>7</volume>:<fpage>40451</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.18632/oncotarget.9625</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27248173</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yu</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Guan</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Hong</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Lin</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Jin</surname> <given-names>H</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Prognostic value of tumor-associated macrophages in pancreatic cancer: a meta-analysis</article-title>. <source>Cancer Manag Res</source>. (<year>2019</year>) <volume>11</volume>:<fpage>4041</fpage>&#x02013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2147/CMAR.S196951</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31118813</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yuan</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Mao</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Mo</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Du</surname> <given-names>W</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Prognostic significance of tumor-associated macrophages in ovarian cancer: a meta-analysis</article-title>. <source>Gynecol Oncol</source>. (<year>2017</year>) <volume>147</volume>:<fpage>181</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ygyno.2017.07.007</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28698008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Beatty</surname> <given-names>GL</given-names></name> <name><surname>Chiorean</surname> <given-names>EG</given-names></name> <name><surname>Fishman</surname> <given-names>MP</given-names></name> <name><surname>Saboury</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Teitelbaum</surname> <given-names>UR</given-names></name> <name><surname>Sun</surname> <given-names>W</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>CD40 agonists alter tumor stroma and show efficacy against pancreatic carcinoma in mice and humans</article-title>. <source>Science</source>. (<year>2011</year>) <volume>331</volume>:<fpage>1612</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1198443</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21436454</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aras</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Zaidi</surname> <given-names>MR</given-names></name></person-group>. <article-title>TAMeless traitors: macrophages in cancer progression and metastasis</article-title>. <source>Br J Cancer</source>. (<year>2017</year>). <volume>117</volume>:<fpage>1583</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/bjc.2017.356</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29065107</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ke</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Song</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Cai</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Tang</surname> <given-names>Y</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Hypoxia modifies the polarization of macrophages and their inflammatory microenvironment, and inhibits malignant behavior in cancer cells</article-title>. <source>Oncol Lett</source>. (<year>2019</year>) <volume>18</volume>:<fpage>5871</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3892/ol.2019.10956</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31788060</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gunaydin</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Gedik</surname> <given-names>ME</given-names></name></person-group>. <article-title>Effects of cellular energy homeostasis modulation through AMPK on regulation of protein translation and response to hypoxia</article-title>. <source>Turkish J Biochem</source>. (<year>2019</year>). <volume>44</volume>:<fpage>611</fpage>&#x02013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/tjb-2018-0338</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Singleton</surname> <given-names>DC</given-names></name> <name><surname>Macann</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Wilson</surname> <given-names>WR</given-names></name></person-group>. <article-title>Therapeutic targeting of the hypoxic tumour microenvironment</article-title>. <source>Nat Rev Clin Oncol</source>. (<year>2021</year>). <volume>18</volume>:<fpage>751</fpage>&#x02013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41571-021-00539-4</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">34326502</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Anderson</surname> <given-names>ARA</given-names></name> <name><surname>Chaplain</surname> <given-names>MAJ</given-names></name> <name><surname>Newman</surname> <given-names>EL</given-names></name> <name><surname>Steele</surname> <given-names>RJC</given-names></name> <name><surname>Thompson</surname> <given-names>AM</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of tumour invasion and metastasis</article-title>. <source>J Theorl Medic</source>. (<year>2000</year>) <volume>2</volume>:<fpage>129</fpage>&#x02013;<lpage>54</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/10273660008833042</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chaplain</surname> <given-names>MAJ</given-names></name> <name><surname>Lolas</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of cancer cell invasion of tissue: the role of the urokinase plasminogen activation system</article-title>. <source>Math Model Meth Appl Sci</source>. (<year>2005</year>) <volume>15</volume>:<fpage>1685</fpage>&#x02013;<lpage>734</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218202505000947</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chaplain</surname> <given-names>MAJ</given-names></name> <name><surname>Lolas</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of cancer invasion of tissue: dynamic heterogeneity</article-title>. <source>Netw Heterog Media</source>. (<year>2006</year>) <volume>1</volume>:<fpage>399</fpage>&#x02013;<lpage>439</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/nhm.2006.1.399</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Deisboeck</surname> <given-names>TS</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Macklin</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Cristini</surname> <given-names>V</given-names></name></person-group>. <article-title>Multiscale cancer modeling</article-title>. <source>Annu Rev Biomed Eng</source>. (<year>2011</year>) <volume>13</volume>:<fpage>127</fpage>&#x02013;<lpage>55</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev-bioeng-071910-124729</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21529163</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Domschke</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Gerisch</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Chaplain</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of cancer invasion: implications of cell adhesion variability for tumour infiltrative growth patterns</article-title>. <source>J Theor Biol</source>. (<year>2014</year>) <volume>361</volume>:<fpage>41</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jtbi.2014.07.010</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25064659</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kiran</surname> <given-names>KL</given-names></name> <name><surname>Jayachandran</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Lakshminarayanan</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of avascular tumour growth based on diffusion of nutrients and its validation</article-title>. <source>Can J Chem Eng</source>. (<year>2009</year>) <volume>87</volume>:<fpage>732</fpage>&#x02013;<lpage>40</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/cjce.20204</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15501506</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kn&#x000FA;tsd&#x000F3;ttir</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>P&#x000E1;lsson</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Edelstein-Keshet</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical model of macrophage-facilitated breast cancer cells invasion</article-title>. <source>J Theor Biol</source>. (<year>2014</year>) <volume>357</volume>:<fpage>184</fpage>&#x02013;<lpage>99</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jtbi.2014.04.031</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24810842</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Macklin</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>McDougall</surname> <given-names>SR</given-names></name> <name><surname>Anderson</surname> <given-names>ARA</given-names></name> <name><surname>Chaplain</surname> <given-names>MAJ</given-names></name> <name><surname>Cristini</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Lowengrub</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Multiscale modelling and nonlinear simulation of vascular tumour growth</article-title>. <source>J Math Biol</source>. (<year>2009</year>) <volume>58</volume>:<fpage>765</fpage>&#x02013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00285-008-0216-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18781303</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mahlbacher</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Curtis</surname> <given-names>LT</given-names></name> <name><surname>Lowengrub</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Frieboes</surname> <given-names>HB</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of tumour-associated macrophage interactions with the cancer microenvironment</article-title>. <source>J Immunother Cancer</source>. (<year>2018</year>) <volume>6</volume>:<fpage>10</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s40425-017-0313-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29382395</pub-id></citation></ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shuttleworth</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Multiscale modelling of fibres dynamics and cell adhesion within moving boundary cancer invasion</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2019</year>) <volume>81</volume>:<fpage>2176</fpage>&#x02013;<lpage>219</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-019-00598-w</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30980344</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suveges</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Eftimie</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Directionality of macrophages movement in tumour invasion: a multiscale moving-boundary approach</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2020</year>) <volume>82</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-020-00819-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33211193</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Szyma&#x00144;ska</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Morales-Rodrigo</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Lachowicz</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Chaplain</surname> <given-names>MAJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of cancer invasion of tissue: the role and effect of nonlocal interactions</article-title>. <source>Math Mod Meth Appl S</source>. (<year>2009</year>) <volume>19</volume>:<fpage>257</fpage>&#x02013;<lpage>81</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218202509003425</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25641338</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Lin</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Chaplain</surname> <given-names>MAJ</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>A multiscale moving boundary model arising in cancer invasion</article-title>. <source>Multiscale Model Simul</source>. (<year>2013</year>) <volume>11</volume>:<fpage>309</fpage>&#x02013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/110839011</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Vilanova</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Gomez</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>A mathematical model coupling tumor growth and angiogenesis</article-title>. <source>PLoS ONE</source>. (<year>2016</year>) <volume>11</volume>:<fpage>e0149422</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0149422</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26891163</pub-id></citation></ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dallon</surname> <given-names>JC</given-names></name> <name><surname>Sherratt</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Maini</surname> <given-names>PK</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of extracellular matrix dynamics using discrete cells: fiber orientation and tissue regeneration</article-title>. <source>J Theor Biol</source>. (<year>1999</year>) <volume>199</volume>:<fpage>449</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jtbi.1999.0971</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10441462</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>McDougall</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Dallon</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Sherratt</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Maini</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Fibroblast migration and collagen deposition during dermal wound healing: mathematical modelling and clinical implications</article-title>. <source>Philos Trans R Soc A</source>. (<year>2006</year>) <volume>364</volume>:<fpage>1385</fpage>&#x02013;<lpage>405</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsta.2006.1773</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16766351</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Owen</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Byrne</surname> <given-names>HM</given-names></name> <name><surname>Lewis</surname> <given-names>CE</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of the use of macrophages as vehicles for drug delivery to hypoxic tumour sites</article-title>. <source>J. Theor. Biol</source>. (<year>2004</year>) <volume>226</volume>:<fpage>377</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jtbi.2003.09.004</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">14759644</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Owen</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Sherratt</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>Pattern formation and spatiotemporal irregularity in a model for macrophage&#x02013;tumour interactions</article-title>. <source>J Theor Biol</source>. (<year>1997</year>) <volume>189</volume>:<fpage>63</fpage>&#x02013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jtbi.1997.0494</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9398504</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Owen</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Sherratt</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>Modelling the macrophage invasion of tumours: effects on growth and composition</article-title>. <source>IMA J Math Appl Med Biol</source>. (<year>1998</year>) <volume>15</volume>:<fpage>165</fpage>&#x02013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/imammb/15.2.165</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9661282</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Webb</surname> <given-names>SD</given-names></name> <name><surname>Owen</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Byrne</surname> <given-names>HM</given-names></name> <name><surname>Murdoch</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Lewis</surname> <given-names>CE</given-names></name></person-group>. <article-title>Macrophage-based anti-cancer therapy: modelling different modes of tumour targeting</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2007</year>) <volume>69</volume>:<fpage>1747</fpage>&#x02013;<lpage>76</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-006-9189-2</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17333419</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Peng</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Lin</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Thompson</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Chaplain</surname> <given-names>MAJ</given-names></name></person-group>. <article-title>A multiscale mathematical model of tumour invasive growth</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2017</year>) <volume>79</volume>:<fpage>389</fpage>&#x02013;<lpage>429</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-016-0237-2</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28210916</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shuttleworth</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Cell-Scale degradation of peritumoural extracellular matrix fibre network and its role within tissue-scale cancer invasion</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2020</year>) <volume>82</volume>:<fpage>65</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-020-00732-z</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32458057</pub-id></citation></ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shuttleworth</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Multiscale dynamics of a heterotypic cancer cell population within a fibrous extracellular matrix</article-title>. <source>J Theor Biol</source>. (<year>2020</year>) <volume>486</volume>:<fpage>110040</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jtbi.2019.110040</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31604075</pub-id></citation></ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lee</surname> <given-names>SY</given-names></name> <name><surname>Ju</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Jeon</surname> <given-names>HM</given-names></name> <name><surname>Jeong</surname> <given-names>EK</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>YJ</given-names></name> <name><surname>Kim</surname> <given-names>CH</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Regulation of tumour progression by programmed necrosis</article-title>. <source>Oxid Med Cell Longev</source>. (<year>2018</year>) <volume>2018</volume>:<fpage>3537471</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2018/3537471</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29636841</pub-id></citation></ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sakagami</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Kishino</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Amano</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Kanda</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Kunii</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Yokote</surname> <given-names>Y</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Cell death induced by nutritional starvation in mouse macrophage-like RAW264</article-title>.7 cells. <source>Anticancer Res</source>. (<year>2009</year>) <volume>29</volume>:<fpage>343</fpage>&#x02013;<lpage>347</lpage>.<pub-id pub-id-type="pmid">19331171</pub-id></citation></ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mehrabi</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Amini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Mehrabi</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Active role of the necrotic zone in desensitisation of hypoxic macrophages and regulation of CSC-fate: a hypothesis</article-title>. <source>Front Oncol</source>. (<year>2018</year>) <volume>8</volume>:<fpage>235</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fonc.2018.00235</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29988496</pub-id></citation></ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tan</surname> <given-names>HY</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Hong</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Feng</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>The reactive oxygen species in macrophage polarization: reflecting its dual role in progression and treatment of human diseases</article-title>. <source>Oxid Med Cell Longev</source>. (<year>2016</year>) <volume>2016</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2016/2795090</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27143992</pub-id></citation></ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Damelin</surname> <given-names>SB</given-names></name> <name><surname>Miller</surname> <given-names>WJ</given-names></name></person-group>. <source>The Mathematics of Signal Processing</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2011</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tymoszuk</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Evens</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Marzola</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Wachowicz</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Wasmer</surname> <given-names>MH</given-names></name> <name><surname>Datta</surname> <given-names>S</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>In situ proliferation contributes to accumulation of tumour-associated macrophages in spontaneous mammary tumors</article-title>. <source>Eur J Immunol</source>. (<year>2014</year>) <volume>44</volume>:<fpage>2247</fpage>&#x02013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eji.201344304</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24796276</pub-id></citation></ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hayenga</surname> <given-names>HN</given-names></name> <name><surname>Adlerz</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Aranda-Espinoza</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Substrate stiffness regulates the behavior of human monocyte-derived macrophages</article-title>. <source>Biophys J</source>. (<year>2015</year>) <volume>108</volume>:<fpage>306a</fpage>&#x02013;<lpage>307a</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2014.11.1667</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26613613</pub-id></citation></ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cassetta</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Fragkogianni</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Sims</surname> <given-names>AH</given-names></name> <name><surname>Swierczak</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Forrester</surname> <given-names>LM</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>H</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Human tumor-associated macrophage and monocyte transcriptional landscapes reveal cancer-specific reprogramming, biomarkers, and therapeutic targets</article-title>. <source>Cancer Cell</source>. (<year>2019</year>) <volume>35</volume>:<fpage>588</fpage>&#x02013;<lpage>602.e10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ccell.2019.02.009</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30930117</pub-id></citation></ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chitu</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Yeung</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Yu</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Nandi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Stanley</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Measurement of macrophage growth and differentiation</article-title>. <source>Curr Protocols Immunol</source>. (<year>2011</year>) Chapter 14:Unit 14.20.1&#x02013;26. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/0471142735.im1420s92</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21400680</pub-id></citation></ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jenkins</surname> <given-names>SJ</given-names></name> <name><surname>Ruckerl</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Cook</surname> <given-names>PC</given-names></name> <name><surname>Jones</surname> <given-names>LH</given-names></name> <name><surname>Finkelman</surname> <given-names>FD</given-names></name> <name><surname>van Rooijen</surname> <given-names>N</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Local macrophage proliferation, rather than recruitment from the blood, is a signature of TH2 inflammation</article-title>. <source>Science</source>. (<year>2011</year>) <volume>332</volume>:<fpage>1284</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1204351</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21566158</pub-id></citation></ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Becker</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>M&#x000FC;ller</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>De Bastiani</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Klamt</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>The prognostic impact of tumor-associated macrophages and intra-tumoral apoptosis in non-small cell lung cancer</article-title>. <source>Histol Histopathol</source>. (<year>2013</year>) <volume>29</volume>:<fpage>21</fpage>&#x02013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.14670/HH-29.21</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23939555</pub-id></citation></ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>da Rocha</surname> <given-names>RF</given-names></name> <name><surname>Bastiani</surname> <given-names>MAD</given-names></name> <name><surname>Klamt</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Bioinformatics approach to evaluate differential gene expression of M1/M2 macrophage phenotypes and antioxidant genes in atherosclerosis</article-title>. <source>Cell Biochem Biophys</source>. (<year>2014</year>) <volume>70</volume>:<fpage>831</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12013-014-9987-3</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24771407</pub-id></citation></ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pastuszak-Lewandoska</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Doma&#x00144;ska-Senderowska</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Antczak</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Kordiak</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>G&#x000F3;rski</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Czarnecka</surname> <given-names>KH</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>The expression levels of IL-4/IL-13/STAT6 signaling pathway genes and SOCS3 could help to differentiate the histopathological subtypes of non-small cell lung carcinoma</article-title>. <source>Mol Diagno Therapy</source>. (<year>2018</year>) <volume>22</volume>:<fpage>621</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40291-018-0355-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30105735</pub-id></citation></ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sica</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Bronte</surname> <given-names>V</given-names></name></person-group>. <article-title>Altered macrophage differentiation and immune dysfunction in tumor development</article-title>. <source>J Clin Invest</source>. (<year>2007</year>) <volume>117</volume>:<fpage>1155</fpage>&#x02013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1172/JCI31422</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17476345</pub-id></citation></ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Davis</surname> <given-names>MJ</given-names></name> <name><surname>Tsang</surname> <given-names>TM</given-names></name> <name><surname>Qiu</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Dayrit</surname> <given-names>JK</given-names></name> <name><surname>Freij</surname> <given-names>JB</given-names></name> <name><surname>Huffnagle</surname> <given-names>GB</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Macrophage M1/M2 polarization dynamically adapts to changes in cytokine microenvironments in cryptococcus neoformans infection</article-title>. <source>MBio</source>. (<year>2013</year>) <volume>4</volume>:<fpage>3</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1128/mBio.00264-13</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23781069</pub-id></citation></ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cui</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Ardell</surname> <given-names>CL</given-names></name> <name><surname>Podolnikova</surname> <given-names>NP</given-names></name> <name><surname>Yakubenko</surname> <given-names>VP</given-names></name></person-group>. <article-title>Distinct migratory properties of M1, M2, and resident macrophages are regulated by &#x003B1;D&#x003B2;2 and &#x003B1;M&#x003B2;2 Integrin-Mediated Adhesion</article-title>. <source>Front Immunol</source>. (<year>2018</year>) <volume>9</volume>:<fpage>2650</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fimmu.2018.02650</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30524429</pub-id></citation></ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Murdoch</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Giannoudis</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Lewis</surname> <given-names>CE</given-names></name></person-group>. <article-title>Mechanisms regulating the recruitment of macrophages into hypoxic areas of tumors and other ischemic tissues</article-title>. <source>Blood</source>. (<year>2004</year>) <volume>104</volume>:<fpage>2224</fpage>&#x02013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1182/blood-2004-03-1109</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15231578</pub-id></citation></ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chen</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>XHF</given-names></name> <name><surname>Massagu&#x000E9;</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Macrophage binding to receptor VCAM-1 transmits survival signals in breast cancer cells that invade the lungs</article-title>. <source>Cancer Cell</source>. (<year>2011</year>) <volume>20</volume>:<fpage>538</fpage>&#x02013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ccr.2011.08.025</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22014578</pub-id></citation></ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Condeelis</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Pollard</surname> <given-names>JW</given-names></name></person-group>. <article-title>Macrophages: obligate partners for tumor cell migration, invasion, and metastasis</article-title>. <source>Cell</source>. (<year>2006</year>) <volume>124</volume>:<fpage>263</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cell.2006.01.007</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16439202</pub-id></citation></ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dutta</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Sarkissyan</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Paico</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Vadgama</surname> <given-names>JV</given-names></name></person-group>. <article-title>MCP-1 is overexpressed in triple-negative breast cancers and drives cancer invasiveness and metastasis</article-title>. <source>Breast Cancer Res Treat</source>. (<year>2018</year>) <volume>170</volume>:<fpage>477</fpage>&#x02013;<lpage>86</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10549-018-4760-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29594759</pub-id></citation></ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xuan</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Qu</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Xiong</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Fan</surname> <given-names>GH</given-names></name></person-group>. <article-title>The chemotaxis of M1 and M2 macrophages is regulated by different chemokines</article-title>. <source>J Leukoc Biol</source>. (<year>2014</year>) <volume>97</volume>:<fpage>61</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1189/jlb.1A0314-170R</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25359998</pub-id></citation></ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Laird</surname> <given-names>AK</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamics of tumour growth</article-title>. <source>Br J Cancer</source>. (<year>1964</year>) <volume>13</volume>:<fpage>490</fpage>&#x02013;<lpage>502</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/bjc.1964.55</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">14219541</pub-id></citation></ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Laird</surname> <given-names>AK</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamics of tumour growth: comparison of growth rates and extrapolation of growth curve to one cell</article-title>. <source>Br J Cancer</source>. (<year>1965</year>) <volume>19</volume>:<fpage>278</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/bjc.1965.32</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">14316202</pub-id></citation></ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tjorve</surname> <given-names>KMC</given-names></name> <name><surname>Tjorve</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>The use of gompertz models in growth analyses, and new gompertz-model approach: an addition to the unified-richards family</article-title>. <source>PLoS ONE</source>. (<year>2017</year>) <volume>12</volume>:<fpage>e0178691</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0178691</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28582419</pub-id></citation></ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hu</surname> <given-names>HL</given-names></name> <name><surname>Bai</surname> <given-names>HS</given-names></name> <name><surname>Pan</surname> <given-names>HX</given-names></name></person-group>. <article-title>Correlation between TAMs and proliferation and invasion of type I endometrial carcinoma</article-title>. <source>Asian Pacific J Trop Med</source>. (<year>2015</year>) <volume>8</volume>:<fpage>643</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apjtm.2015.07.009</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26321518</pub-id></citation></ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Qi</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>NFAT1 enhances the effects of tumor-associated macrophages on promoting malignant melanoma growth and metastasis</article-title>. <source>Biosci Rep</source>. (<year>2018</year>) <volume>38</volume>:<fpage>BSR20181604</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1042/BSR20181604</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30459241</pub-id></citation></ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hanahan</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Weinberg</surname> <given-names>RA</given-names></name></person-group>. <article-title>The hallmarks of cancer</article-title>. <source>Cell</source>. (<year>2000</year>) <volume>100</volume>:<fpage>57</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0092-8674(00)81683-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10647931</pub-id></citation></ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="editor"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Xi</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group> editors. <source>Nanomedicine</source>. <publisher-loc>Boca Raton, FL</publisher-loc>: <publisher-name>Jenny Stanford Publishing</publisher-name> (<year>2019</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1201/9780429065767</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Blankenstein</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Qin</surname> <given-names>ZH</given-names></name> <name><surname>Uberla</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>M&#x000FC;ller</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Rosen</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Volk</surname> <given-names>HD</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Tumor suppression after tumor cell-targeted tumor necrosis factor alpha gene transfer</article-title>. <source>J Exp Med</source>. (<year>1991</year>) <volume>173</volume>:<fpage>1047</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1084/jem.173.5.1047</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">2022919</pub-id></citation></ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lamagna</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Aurrand-Lions</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Imhof</surname> <given-names>BA</given-names></name></person-group>. <article-title>Dual role of macrophages in tumor growth and angiogenesis</article-title>. <source>J Leukocyte Biol</source>. (<year>2006</year>) <volume>80</volume>:<fpage>705</fpage>&#x02013;<lpage>13</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1189/jlb.1105656</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16864600</pub-id></citation></ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>MacMicking</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>wen Xie</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Nathan</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>NITRIC OXIDE AND MACROPHAGE FUNCTION</article-title>. <source>Ann Rev Immunoloy</source>. (<year>1997</year>) <volume>15</volume>:<fpage>323</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.immunol.15.1.323</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9143691</pub-id></citation></ref>
<ref id="B74">
<label>74.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>McBride</surname> <given-names>WH</given-names></name></person-group>. <article-title>Phenotype and functions of intratumoral macrophages</article-title>. <source>Biochim Biophys Acta</source>. (<year>1986</year>) <volume>865</volume>:<fpage>27</fpage>&#x02013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0304-419X(86)90011-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">3524684</pub-id></citation></ref>
<ref id="B75">
<label>75.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nathan</surname> <given-names>CF</given-names></name></person-group>. <article-title>Secretory products of macrophages</article-title>. <source>J Clin Invest</source>. (<year>1987</year>) <volume>79</volume>:<fpage>319</fpage>&#x02013;<lpage>26</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1172/JCI112815</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">3543052</pub-id></citation></ref>
<ref id="B76">
<label>76.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Allena</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Scianna</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Preziosi</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>A cellular potts model of single cell migration in presence of durotaxis</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>2016</year>) <volume>275</volume>:<fpage>57</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mbs.2016.02.011</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26968932</pub-id></citation></ref>
<ref id="B77">
<label>77.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cheung</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Azeloglu</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Shiovitz</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Costa</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Seliktar</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sia</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Microscale control of stiffness in a cell-adhesive substrate using microfluidics-based lithography</article-title>. <source>Angewandte Chemie Int Edit</source>. (<year>2009</year>) <volume>48</volume>:<fpage>7188</fpage>&#x02013;<lpage>92</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/anie.200900807</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19479917</pub-id></citation></ref>
<ref id="B78">
<label>78.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ebata</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Moriyama</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Kuboki</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Kidoaki</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>General cellular durotaxis induced with cell-scale heterogeneity of matrix-elasticity</article-title>. <source>Biomaterials</source>. (<year>2020</year>) <volume>230</volume>:<fpage>119647</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.biomaterials.2019.119647</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31791844</pub-id></citation></ref>
<ref id="B79">
<label>79.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Isenberg</surname> <given-names>BC</given-names></name> <name><surname>DiMilla</surname> <given-names>PA</given-names></name> <name><surname>Walker</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kim</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Wong</surname> <given-names>JY</given-names></name></person-group>. <article-title>Vascular Smooth muscle cell durotaxis depends on substrate stiffness gradient strength</article-title>. <source>Biophys J</source>. (<year>2009</year>) <volume>97</volume>:<fpage>1313</fpage>&#x02013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2009.06.021</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19720019</pub-id></citation></ref>
<ref id="B80">
<label>80.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lo</surname> <given-names>CM</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>HB</given-names></name> <name><surname>Dembo</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>li Wang</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Cell movement is guided by the rigidity of the substrate</article-title>. <source>Biophys J</source>. (<year>2000</year>) <volume>79</volume>:<fpage>144</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(00)76279-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10866943</pub-id></citation></ref>
<ref id="B81">
<label>81.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Raab</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Swift</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Dingal</surname> <given-names>PCDP</given-names></name> <name><surname>Shah</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Shin</surname> <given-names>JW</given-names></name> <name><surname>Discher</surname> <given-names>DE</given-names></name></person-group>. <article-title>Crawling from soft to stiff matrix polarizes the cytoskeleton and phosphoregulates myosin-II heavy chain</article-title>. <source>J Cell Biol</source>. (<year>2012</year>) <volume>199</volume>:<fpage>669</fpage>&#x02013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1083/jcb.201205056</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23128239</pub-id></citation></ref>
<ref id="B82">
<label>82.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Reinhart-King</surname> <given-names>CA</given-names></name> <name><surname>Dembo</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Hammer</surname> <given-names>DA</given-names></name></person-group>. <article-title>The dynamics and mechanics of endothelial cell spreading</article-title>. <source>Biophys J</source>. (<year>2005</year>) <volume>89</volume>:<fpage>676</fpage>&#x02013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1529/biophysj.104.054320</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15849250</pub-id></citation></ref>
<ref id="B83">
<label>83.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saez</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Ghibaudo</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Buguin</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Silberzan</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Ladoux</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Rigidity-driven growth and migration of epithelial cells on microstructured anisotropic substrates</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source>. (<year>2007</year>) <volume>104</volume>:<fpage>8281</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.0702259104</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17488828</pub-id></citation></ref>
<ref id="B84">
<label>84.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Trichet</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Digabel</surname> <given-names>JL</given-names></name> <name><surname>Hawkins</surname> <given-names>RJ</given-names></name> <name><surname>Vedula</surname> <given-names>SRK</given-names></name> <name><surname>Gupta</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ribrault</surname> <given-names>C</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Evidence of a large-scale mechanosensing mechanism for cellular adaptation to substrate stiffness</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source>. (<year>2012</year>) <volume>109</volume>:<fpage>6933</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1117810109</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22509005</pub-id></citation></ref>
<ref id="B85">
<label>85.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Afik</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Zigmond</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Vugman</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Klepfish</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Shimshoni</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Pasmanik-Chor</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Tumor macrophages are pivotal constructors of tumor collagenous matrix</article-title>. <source>J Exp Med</source>. (<year>2016</year>) <volume>213</volume>:<fpage>2315</fpage>&#x02013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1084/jem.20151193</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27697834</pub-id></citation></ref>
<ref id="B86">
<label>86.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lee</surname> <given-names>YS</given-names></name> <name><surname>Song</surname> <given-names>SJ</given-names></name> <name><surname>Hong</surname> <given-names>HK</given-names></name> <name><surname>Oh</surname> <given-names>BY</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>WY</given-names></name> <name><surname>Cho</surname> <given-names>YB</given-names></name></person-group>. <article-title>The FBW7-MCL-1 axis is key in M1 and M2 macrophage-related colon cancer cell progression: validating the immunotherapeutic value of targeting PI3K&#x003B3;</article-title>. <source>Exp Mol Med</source>. (<year>2020</year>) <volume>52</volume>:<fpage>815</fpage>&#x02013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s12276-020-0436-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32444799</pub-id></citation></ref>
<ref id="B87">
<label>87.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huda</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Weigelin</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Wolf</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Tretiakov</surname> <given-names>KV</given-names></name> <name><surname>Polev</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Wilk</surname> <given-names>G</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>L&#x000E9;vy-like movement patterns of metastatic cancer cells revealed in microfabricated systems and implicated in vivo</article-title>. <source>Nat Commun</source>. (<year>2018</year>) <volume>9</volume>:<fpage>4539</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41467-018-06563-w</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30382086</pub-id></citation></ref>
<ref id="B88">
<label>88.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Petrie</surname> <given-names>RJ</given-names></name> <name><surname>Doyle</surname> <given-names>AD</given-names></name> <name><surname>Yamada</surname> <given-names>KM</given-names></name></person-group>. <article-title>Random versus directionally persistent cell migration</article-title>. <source>Nat Rev Mol Cell Biol</source>. (<year>2009</year>) <volume>10</volume>:<fpage>538</fpage>&#x02013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nrm2729</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19603038</pub-id></citation></ref>
<ref id="B89">
<label>89.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weiger</surname> <given-names>MC</given-names></name> <name><surname>Vedham</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Stuelten</surname> <given-names>CH</given-names></name> <name><surname>Shou</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Herrera</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Sato</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Real-time motion analysis reveals cell directionality as an indicator of breast cancer progression</article-title>. <source>PLoS ONE</source>. (<year>2013</year>) <volume>8</volume>:<fpage>e0058859</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0058859</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23527039</pub-id></citation></ref>
<ref id="B90">
<label>90.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>PH</given-names></name> <name><surname>Giri</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Sun</surname> <given-names>SX</given-names></name> <name><surname>Wirtz</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Three-dimensional cell migration does not follow a random walk</article-title>. <source>Proc Nat Acad Sci USA</source>. (<year>2014</year>) <volume>111</volume>:<fpage>3949</fpage>&#x02013;<lpage>54</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1318967111</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24594603</pub-id></citation></ref>
<ref id="B91">
<label>91.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wolf</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Friedl</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Extracellular matrix determinants of proteolytic and non-proteolytic cell migration</article-title>. <source>Tren Cel Biol</source>. (<year>2011</year>) <volume>21</volume>:<fpage>736</fpage>&#x02013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tcb.2011.09.006</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22036198</pub-id></citation></ref>
<ref id="B92">
<label>92.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gras</surname> <given-names>SL</given-names></name></person-group>. <article-title>Chapter 6 - surface- and solution-based assembly of amyloid fibrils for biomedical and nanotechnology applications</article-title>. In: Koopmans RJ, editor. <source>Engineering Aspects of Self-Organizing Materials. vol. 35 of Advances in Chemical Engineering</source>. <publisher-loc>San Diego, CA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>2009</year>). p. <fpage>161</fpage>&#x02013;<lpage>209</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0065-2377(08)00206-8</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B93">
<label>93.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gu</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Tonkova</surname> <given-names>EA</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>SY</given-names></name> <name><surname>Tschumperlin</surname> <given-names>DJ</given-names></name> <name><surname>Brenner</surname> <given-names>MB</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Soft matrix is a natural stimulator for cellular invasiveness</article-title>. <source>Mol Biol Cell</source>. (<year>2014</year>) <volume>25</volume>:<fpage>457</fpage>&#x02013;<lpage>69</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1091/mbc.e13-05-0260</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24336521</pub-id></citation></ref>
<ref id="B94">
<label>94.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hofer</surname> <given-names>AM</given-names></name> <name><surname>Curci</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Doble</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Brown</surname> <given-names>EM</given-names></name> <name><surname>Soybel</surname> <given-names>DI</given-names></name></person-group>. <article-title>Intercellular communication mediated by the extracellular calcium-sensing receptor</article-title>. <source>Nat Cell Biol</source>. (<year>2000</year>) <volume>2</volume>:<fpage>392</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/35017020</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10878803</pub-id></citation></ref>
<ref id="B95">
<label>95.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dollery</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Libby</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Atherosclerosis and proteinase activation</article-title>. <source>Cardiovasc Res</source>. (<year>2006</year>) <volume>69</volume>:<fpage>625</fpage>&#x02013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cardiores.2005.11.003</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16376322</pub-id></citation></ref>
<ref id="B96">
<label>96.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Goswami</surname> <given-names>KK</given-names></name> <name><surname>Ghosh</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Ghosh</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Sarkar</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Bose</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baral</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Tumor promoting role of anti-tumor macrophages in tumor microenvironment</article-title>. <source>Cell Immunol</source>. (<year>2017</year>) <volume>316</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cellimm.2017.04.005</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28433198</pub-id></citation></ref>
<ref id="B97">
<label>97.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Madsen</surname> <given-names>DH</given-names></name> <name><surname>J&#x000FC;rgensen</surname> <given-names>HJ</given-names></name> <name><surname>Siersb&#x000E6;k</surname> <given-names>MS</given-names></name> <name><surname>Kuczek</surname> <given-names>DE</given-names></name> <name><surname>Cloud</surname> <given-names>LG</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>S</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Tumor-Associated macrophages derived from circulating inflammatory monocytes degrade collagen through cellular uptake</article-title>. <source>Cell Rep</source>. (<year>2017</year>) <volume>21</volume>:<fpage>3662</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.celrep.2017.12.011</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29281816</pub-id></citation></ref>
<ref id="B98">
<label>98.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Newby</surname> <given-names>AC</given-names></name></person-group>. <article-title>Metalloproteinase expression in monocytes and macrophages and its relationship to atherosclerotic plaque instability</article-title>. <source>Arterioscler Thrombosis Vascular Biol</source>. (<year>2008</year>) <volume>28</volume>:<fpage>2108</fpage>&#x02013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1161/ATVBAHA.108.173898</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18772495</pub-id></citation></ref>
<ref id="B99">
<label>99.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rath</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Klameth</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Plangger</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Hochmair</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ulsperger</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Huk</surname> <given-names>I</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Expression of proteolytic enzymes by small cell lung cancer circulating tumor cell lines</article-title>. <source>Cancers</source>. (<year>2019</year>) <volume>11</volume>:<fpage>114</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/cancers11010114</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30669448</pub-id></citation></ref>
<ref id="B100">
<label>100.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Springer</surname> <given-names>NL</given-names></name> <name><surname>Fischbach</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Biomaterials approaches to modeling macrophage&#x02013;extracellular matrix interactions in the tumor microenvironment</article-title>. <source>Curr Opin Biotechnol</source>. (<year>2016</year>) <volume>40</volume>:<fpage>16</fpage>&#x02013;<lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.copbio.2016.02.003</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26921768</pub-id></citation></ref>
<ref id="B101">
<label>101.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golub</surname> <given-names>GH</given-names></name> <name><surname>van Loan</surname> <given-names>CF</given-names></name></person-group>. <source>Matrix Computations</source>. <edition>4th ed.</edition> <publisher-name>JHU Press</publisher-name> (<year>2013</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.cs.cornell.edu/cv/GVL4/golubandvanloan.htm">http://www.cs.cornell.edu/cv/GVL4/golubandvanloan.htm</ext-link>.</citation>
</ref>
<ref id="B102">
<label>102.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jiang</surname> <given-names>GS</given-names></name> <name><surname>Shu</surname> <given-names>CW</given-names></name></person-group>. <article-title>Efficient implementation of weighted eno schemes</article-title>. <source>J Comput Phys</source>. (<year>1996</year>) <volume>126</volume>:<fpage>202</fpage>&#x02013;<lpage>28</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jcph.1996.0130</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B103">
<label>103.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>XD</given-names></name> <name><surname>Osher</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Weighted essentially non-oscillatory schemes</article-title>. <source>J Comput Phys</source>. (<year>1994</year>) <volume>115</volume>:<fpage>200</fpage>&#x02013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jcph.1994.1187</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B104">
<label>104.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Shu</surname> <given-names>CW</given-names></name></person-group>. <article-title>A new smoothness indicator for the weno schemes and its effect on the convergence to steady state solutions</article-title>. <source>J Sci Comput</source>. (<year>2006</year>) <volume>31</volume>:<fpage>273</fpage>&#x02013;<lpage>305</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-006-9111-y</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B105">
<label>105.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rusanov</surname> <given-names>VV</given-names></name></person-group>. <article-title>The calculation of the interaction of non-stationary shock waves and obstacles</article-title>. <source>USSR Comput Math Math Phys</source>. (<year>1962</year>) <volume>1</volume>:<fpage>304</fpage>&#x02013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0041-5553(62)90062-9</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B106">
<label>106.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kim</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Kwon</surname> <given-names>JH</given-names></name></person-group>. <article-title>A high-order accurate hybrid scheme using a central flux scheme and a WENO scheme for compressible flowfield analysis</article-title>. <source>J Comput Phys</source>. (<year>2005</year>) <volume>210</volume>:<fpage>554</fpage>&#x02013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2005.04.023</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B107">
<label>107.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kelley</surname> <given-names>CT</given-names></name></person-group>. <source>Solving Nonlinear Equations with Newton&#x00027;s Method.</source> <publisher-loc>Philadelphia, PA</publisher-loc>: <publisher-name>Society for Industrial and Applied Mathematics</publisher-name> (<year>2003</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/1.9780898718898</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">34134213</pub-id></citation></ref>
<ref id="B108">
<label>108.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Knoll</surname> <given-names>DA</given-names></name> <name><surname>Keyes</surname> <given-names>DE</given-names></name></person-group>. <article-title>Jacobian-free Newton&#x02013;Krylov methods: a survey of approaches and applications</article-title>. <source>J Comput Phys</source>. (<year>2004</year>) <volume>193</volume>:<fpage>357</fpage>&#x02013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2003.08.010</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B109">
<label>109.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gobin</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Bagwell</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Wagner</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Mysona</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sandirasegarane</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Smith</surname> <given-names>N</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>A pan-cancer perspective of matrix metalloproteases (MMP) gene expression profile and their diagnostic/prognostic potential</article-title>. <source>BMC Cancer</source>. (<year>2019</year>) <volume>19</volume>:<fpage>581</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s12885-019-5768-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31200666</pub-id></citation></ref>
<ref id="B110">
<label>110.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hedbrant</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Wijkander</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Seidal</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Delbro</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Erlandsson</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Macrophages of M1 phenotype have properties that influence lung cancer cell progression</article-title>. <source>Tumor Biol</source>. (<year>2015</year>) <volume>36</volume>:<fpage>8715</fpage>&#x02013;<lpage>25</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s13277-015-3630-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26050228</pub-id></citation></ref>
<ref id="B111">
<label>111.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liang</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Ding</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>C</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Recent advances in macrophage-mediated drug delivery systems</article-title>. <source>Int J Nanomedicine</source>. (<year>2021</year>) <volume>16</volume>:<fpage>2703</fpage>&#x02013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2147/IJN.S298159</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33854316</pub-id></citation></ref>
<ref id="B112">
<label>112.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Che</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Yu</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Dai</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>You</surname> <given-names>Z</given-names></name></person-group>. <article-title>The M1 form of tumor-associated macrophages in non-small cell lung cancer is positively associated with survival time</article-title>. <source>BMC Cancer</source>. (<year>2010</year>) <volume>10</volume>:<fpage>112</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/1471-2407-10-112</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20338029</pub-id></citation></ref>
<ref id="B113">
<label>113.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ohri</surname> <given-names>CM</given-names></name> <name><surname>Shikotra</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Green</surname> <given-names>RH</given-names></name> <name><surname>Waller</surname> <given-names>DA</given-names></name> <name><surname>Bradding</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Macrophages within NSCLC tumour islets are predominantly of a cytotoxic M1 phenotype associated with extended survival</article-title>. <source>Eur Respirat J</source>. (<year>2009</year>) <volume>33</volume>:<fpage>118</fpage>&#x02013;<lpage>26</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1183/09031936.00065708</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19118225</pub-id></citation></ref>
<ref id="B114">
<label>114.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suveges</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Hossain-Ibrahim</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Steele</surname> <given-names>JD</given-names></name> <name><surname>Eftimie</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Trucu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of glioblastomas invasion within the brain: a 3D multi-scale moving-boundary approach</article-title>. <source>Mathematics</source>. (<year>2021</year>). <volume>9</volume>:<fpage>2214</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/math9182214</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B115">
<label>115.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gunaydin</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>CAFs interacting with TAMs in tumor microenvironment to enhance tumorigenesis and immune evasion</article-title>. <source>Front Oncol</source>. (<year>2021</year>). <volume>11</volume>:<fpage>668349</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fonc.2021.668349</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">34336660</pub-id></citation></ref>
<ref id="B116">
<label>116.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yavuz</surname> <given-names>BG</given-names></name> <name><surname>Gunaydin</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Gedik</surname> <given-names>ME</given-names></name> <name><surname>Kosemehmetoglu</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Karakoc</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Ozgur</surname> <given-names>F</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Cancer associated fibroblasts sculpt tumour microenvironment by recruiting monocytes and inducing immunosuppressive PD-1&#x0002B; TAMs</article-title>. <source>Sci Rep</source>. (<year>2019</year>). <volume>9</volume>:<fpage>3172</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-019-39553-z</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30816272</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>