理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    針對第三型小腦萎縮症探討神經發炎致病機制與具潛力的治療策略
    (2019) 林書安; Lin, Shu-An
    多麩醯胺(PolyQ)介導的脊髓小腦共濟失調症(SCA)是由於基因編碼序列中,擴增CAG的重複突變所引起。PolyQ蛋白的錯誤折疊和聚集導致毒性增加,是發病機制的核心,並且伴隨著活性氧化物(ROS)的產生和細胞毒性的增加。氧化壓力會誘發發炎反應,且發炎過程會更進一步造成ROS提升與降低細胞的抗氧化能力。在SCA中,第三型脊髓小腦共濟失調症(SCA3)是脊髓小腦共濟失調症中最常見的一型,在台灣所有病例中約佔50%。先前的文獻發現,在SCA3患者橋腦中,出現星狀細胞與微膠細胞活化,顯示發炎過程參與了疾病的致病機制。本研究首先使用小鼠BV-2和人類HMC3微膠細胞(Microglia),評估四種具潛力化合物NC009-1、AM404、VB-037、LM-031的抗發炎能力。在脂多醣(LPS)及γ型干擾素(IFN-γ)活化的小鼠微膠細胞中,四種化合物皆抑制釋放至培養基的一氧化氮(NO)量,顯示具抗發炎活性。在IFN-γ活化的人類微膠細胞中,四種化合物亦皆能抑制釋放至培養基的NO、介白素-1β (IL-1β)、腫瘤壞死因子-α (TNF-α)、介白素-6 (IL-6)量,並降低細胞中CD68的表現量,顯示其抗發炎活性。為了評估上述化合物於PolyQ SCA的治療潛力,建立了可誘導表現SCA3 ATXN3/Q14~75-GFP並以視黃酸(Retinoic acid)誘導神經分化的SH-SY5Y細胞。待測化合物前處理表現ATXN3/Q75-GFP且神經分化的SH-SY5Y細胞,可以促進神經突生長並減少聚集。視黃酸誘導神經分化及表現ATXN3/Q75-GFP的SH-SY5Y細胞,給予來自LPS及IFN-γ活化的小鼠微膠細胞或IFN-γ刺激的人類微膠細胞的制約培養液(Conditioned medium)的發炎刺激後,增加的凋亡蛋白酶1 (Caspase 1)活性與乳酸脫氫酶(LDH)釋放量,可透過前處理NC009-1、AM404、VB-037、LM-031後而緩解。此外,上述ATXN3/Q75-GFP的SH-SY5Y細胞給予人類微膠細胞制約培養液的發炎刺激後,AM404與LM-031可抑制活性氧化物的上升,NC009-1、AM404、LM-031可以提升神經突生長,NC009-1、VB-037、LM-031可減少PolyQ聚集。接著檢測IL-1發炎相關路徑,發現NC009-1可抑制IκBα-NF-κB路徑的活化,AM404可抑制JNK-JUN路徑的活化,VB-037可抑制JNK-JUN及P38-STAT1路徑的活化,LM-031可抑制IκBα-NF-κB及P38-STAT1路徑的活化。此研究提供新的觀點,有助於第三型小腦萎縮症發炎機制的探討。
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    以大鼠周邊及中樞神經損傷模式探討調節細胞激素對於神經系統的保護機制
    (2012) 趙伯寬; Po-Kuan Chao
    近年來的研究顯示,調節細胞激素有助於減少神經損傷後的神經發炎並且改善神經系統功能。在本研究當中,我們分別使用不同的大鼠模式來研究如何透過特定調節物質來改變周邊神經損傷及中樞神經傷害後細胞激素的表現。 首先,為了釐清組織病理評估結果與行為結果之間的關聯性,我們針對假手術對照組及長期壓迫神經損傷手術組大鼠的同側及對側脊髓神經背角及第五段腰椎的背根神經結,分別測量其c-Fos蛋白質表現以及小膠細胞活化作用。我們發現c-Fos蛋白質表現在長期壓迫神經損傷手術組大鼠的同側背根神經結並不會增加。此外,手術後72小時長期壓迫神經損傷引發c-Fos蛋白質表現增加只會出現在同側脊髓神經背角中。然而相對的,小膠細胞活化現象在脊髓神經背角兩側都非常顯著,同時也與機械性刺激引發痛覺過敏的行為結果一致。所以我們證實不僅有神經細胞、小膠細胞也在神經病變痛當中扮演角色,在中樞神經系統中,小膠細胞透過與神經細胞之間的交互作用對疼痛行為產生影響。 先前的研究中發現在神經系統中顆粒細胞刺激增生因子是一種重要的調節物質。所以本研究展示了與對照組相較的結果,在手術後的1到25天之間,投予顆粒細胞刺激增生因子有助於減輕長期壓迫神經損傷引發的熱痛覺過敏及機械性刺激過敏的現象。長期壓迫神經損傷手術手術後投予顆粒細胞刺激增生因子也減少動物熱痛覺過敏。推測若神經損傷後48小時內單次投與顆粒細胞刺激增生因子仍對於神經病變痛的治療具有效果。顆粒細胞刺激增生因子也驅動含鴉片類物質的聚多核細胞聚集進入受損的神經之中。長期壓迫神經損傷不僅導致背根神經結中的第六型細胞激素的mRNA及腫瘤壞死因子α亞型蛋白表現量增加,也使得脊髓中第一型細胞激素的蛋白表現量上升。這些細胞激素的產生都會被顆粒細胞刺激增生因子所抑制。我們更進一步發現長期壓迫神經損傷後,μ型鴉片受體出現在損傷的神經當中而且鴉片受體拮抗劑─naloxone methiodide減低了顆粒細胞刺激增生因子的抗痛效果,於是我們推論顆粒細胞刺激增生因子減輕熱痛覺過敏是透過鴉片類物質及其受體之間交互作用的結果。更進一步來看,投與顆粒細胞刺激增生因子可以抑制脊髓神經背角處因長期壓迫神經損傷所引發小膠細胞大量活化。這些結果推測在神經損傷初期單次全身性投予顆粒細胞刺激增生因子減輕神經病變痛的效果是透過活化聚多核細胞驅動的內生性鴉片類物質分泌,進而活化損傷神經當中的鴉片類物質受體,同時減少促發炎細胞激素,並減輕脊髓神經背角當中的小膠細胞活化現象。 而在大鼠神經損傷模式中,indomethacin曾被用來進行創傷的治療。基於西方墨漬法的分析結果, 我們發現Nogo-A蛋白表現在頭部創傷後八小時顯著增加。此外,頭部創傷引發受測動物的第一型細胞激素含量顯著提升,一般而言所有的頭部創傷相關的分子及細胞的後續反應都會被抗發炎藥物indomethacin所影響而顯著減少。更重要的是,頭部創傷刺激作用相關的Nogo-A及第一型細胞激素的含量明顯被具有專一性的反義寡核苷酸所抑制。我們的發現,出現Nogo-A表現受到抑制的初期反應是由indomethacin所賦予的,也減少第一型細胞激素的表現程度並且減輕頭部誘發的神經損傷。 總結以上,由於全身性投予顆粒細胞刺激增生因子或是indomethacin分別對於大鼠的周邊以及中樞神經損傷具有正面的影響,以顆粒細胞刺激增生因子或者是indomethacin來調節中樞神經系統中的促發炎細胞激素,很可能有成為治療中樞神經過敏化現象的嶄新療法。
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    以SCA17基因轉殖小鼠模式探討神經發炎病理機制及潛力藥物
    (2017) 鍾妤涵; Chung, Yu-Han
    第十七型脊髓小腦共濟失調症是一種體染色體顯性遺傳的神經退化疾病,主要病因是在TATA-box binding protein (TBP)基因上有不正常的CAG三核苷酸重複擴增,經過轉錄及轉譯後會形成polyglutamine片段,造成不溶性蛋白的堆積。第十七型脊髓小腦共濟失調症病人有小腦萎縮、癡呆、肌張力障礙及癲癇等症狀。近年來的研究顯示,microglia (小膠質細胞)涉及多種神經相關疾病,活化的microglia會釋放一些物質如:NO、TNF-α或IL-6作用於astrocyte或神經使得神經發炎現象產生。我們先前的研究,在SCA17基因轉殖小鼠可以觀察到astrocyte (星狀膠細胞)顯著增加,而在本研究中也發現SCA17小鼠小腦中的發炎相關因子如:IL-1β、NFκB、iNOS及IL-6有上升的趨勢。小腦組織切片培養是一個適合用來了解不同細胞間的溝通及網絡的方法,因此,我們以小腦組織切片培養這個平台去評估有抗發炎效果的藥物。在SCA17小鼠小腦組織切片培養中我們發現NTNU008、NTNU037和NTNU063能改善Purkinje cell排列及生長情形,也看到microglia的表現有顯著下降。接下來,我們以小量動物預實驗確認藥物的效果,用藥四週結果發現雖然在行為上並未改善,但在病理分析中可見Purkinje cell丟失獲得改善,microgliosis現象也有顯著下降,周邊系統中IL-6的含量也有下降趨勢。我們選擇NTNU008和NTNU063進入大量動物試驗,藥物處理八週後並無影響小鼠體重,在行為的結果也顯示不會造成小鼠的焦慮程度,雖然在滾輪測試中並沒有看到改善平衡及協調能力,但在步態分析中有顯著的改善站立時間、跨步速度及跑動時間。在病理分析的結果中,也有顯著改善腦中及周邊系統的發炎反應。因此,我們認為,這些研究結果說明以對抗神經發炎為目標之藥物對SCA17的治療具有發展的潛力。
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    以神經微膠細胞發炎反應為標的之阿茲海默氏症治療策略
    (2017) 謝育軒; Hsieh, Yu-Hsuan
    阿茲海默氏症是常見的漸進性神經退化性疾病,主要病理特徵包括細胞外間質的β類澱粉樣纖維(Aβ fibril)堆積,及細胞內高度磷酸化tau形成的神經纖維糾結。目前對於阿茲海默氏症致病機制仍未完全了解,患者也無法被完全治癒,因此發展阿茲海默氏症的治療策略是相當重要的。近年研究顯示神經發炎反應在阿茲海默氏症上扮演重要的角色,因此抑制神經發炎反應已成為治療阿茲海默氏症的重要標的。與發炎反應相關的微膠細胞是中樞神經的免疫細胞,具有典型的M1 (發炎反應)及替代的M2 (免疫抑制)兩種活化路徑,因此調節微膠細胞活化狀態已被認為是治療神經發炎性疾病的策略。先前本實驗室於脂多醣(LPS)刺激的RAW264.7小鼠巨噬細胞實驗,發現化合物VB-030、037能降低一氧化氮(NO)、TNF-α、IL-1β、PEG2等發炎因子的釋放。延續此發現,本研究首先利用LPS或β類澱粉樣纖維刺激BV-2微膠細胞模式,探究化合物VB-030、037的抗發炎能力,結果發現VB-037能顯著降低LPS/β類澱粉樣纖維刺激BV-2細胞之NO及Iba1蛋白表現,表示VB-037具有抗β類澱粉樣纖維誘導細胞發炎的潛力,同時也利用小鼠發炎抗體矩陣(Mouse inflammation antibody array)揭示VB-037之抗發炎標的IL-1α,並利用西方轉漬分析證實VB-037能顯著降低活化之BV-2細胞之促發炎因子IL-1α。為了測試VB-037對於神經細胞的保護效果,我們利用受發炎刺激之BV-2細胞制約培養液或共處理發炎因子LPS與IFN-γ,建構誘導表現Aβ-GFP融合蛋白的人類SH-SY5Y神經母細胞瘤細胞發炎模式,實驗結果發現VB-037能提升表現Aβ-GFP融合蛋白的SH-SY5Y之細胞存活率,降低細胞損傷後之乳酸脫氫酶(LDH)釋放量,並促進神經突生長,同時前處理VB-037能降低受LPS與IFN-γ刺激之SH-SY5Y細胞IL1A及磷酸化P38 (T180/Y182)、JNK (T183/Y185)、JUN (S63、S73)蛋白表現量。綜合本研究的發現,VB-037具有抗β類澱粉樣纖維誘導之神經發炎作用及神經保護作用,有潛能發展為抗β類澱粉樣纖維誘導神經發炎之新穎藥物。