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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Item 中藥複方製劑芍藥甘草湯和Coumarin-chalcone衍生物在Tau蛋白易聚集表現之阿茲海默氏症細胞模式中之療效(2022) 林德嫻; Lin, Te-Hsien阿茲海默氏症(Alzheimer’s disease, AD)為一種進行性且不可逆的神經退化性疾病,受損的記憶和認知能力會逐漸失常最終造成身體功能的完全喪失。AD病人腦中最主要的特徵為不正常的Amyoild β與Tau蛋白聚集形成的老化斑塊(Senile plaque)和神經纖維纏結(Neurofibrillary tangles)。神經纖維纏結主要組成是高度磷酸化的Tau蛋白,而Tau蛋白的病變不僅在AD病人,也在許多Tauopathy中見到。在大腦中由於錯誤折疊形成的蛋白堆積,引發許多病理事件,例如氧化壓力、神經發炎,或是與神經細胞功能相關的訊息傳遞障礙,降低神經細胞存活。本篇研究主要是利用人類胚胎腎細胞HEK-293和神經纖維瘤母細胞SH-SY5Y,表現易聚集特性的ΔK280 TauRD片段蛋白,作為評估中藥製劑芍藥甘草湯(SG-Tang)以及Coumarin-chalcone衍生物LM-021、LM-031和LMDS-1~4化合物,抑制蛋白聚集、抗氧化和神經保護性的情形。芍藥甘草湯製劑,由甘草與白芍以等比例製成,除了可有效降低以LPS/IFN-γ刺激後活化的BV-2微膠細胞所釋出的NO、TNF-α、IL-1β及IL-6等前驅發炎細胞因子外,並可抑制由於誘導表現ΔK280 TauRD蛋白而上升的BAD、BID、CASP3、CASP8和CYCS表現,來達到Tau蛋白聚集抑制和神經保護性。其中LM-021除了本身有化學伴護活性可直接抑制ΔK280 TauRD的聚集外,還可透過PKA、CaMKII、ERK等路徑活化CREB和下游的BDNF、BCL2表現,來展現其神經保護之功能。接著在ΔK280 TauRD-DsRed SH-SY5Y細胞中,觀察到LM-031可提升HSPB1伴護蛋白表現以降低Tau蛋白的錯誤折疊,以及藉由活化NRF2/NQO1/GCLC和CREB調控之BDNF/AKT/ERK/BCL2路徑,來達到抑制細胞凋亡和促進細胞存活之效果。最後,因LM-031可提升CREB依存的BDNF表現,利用虛擬篩選找出LM-031類似化合物LMDS-1~4,並進一步以TRKB與ligand作用的d5-domain (PDB 1hcf),以分子模擬計算LM-031類似化合物與此蛋白片段的結合構形。細胞實驗結果顯示,LMDS-1和LMDS-2可經由TRKB/ERK和TRKB/PI3K/AKT訊息路徑,增加CREB磷酸化及其下游BDNF、BCL2基因表現。總結來說,本研究結果顯示芍藥甘草湯的抗氧化和抗發炎活性,可抑制神經細胞凋亡,在Tau蛋白聚集的細胞中展現其神經保護的能力,而Coumarin-chalcone衍生物LM-031、LM-021、LMDS-1、LMDS-2,具有活化HSPB1、NRF2及/或TRKB的作用,來降低Tau蛋白的錯誤摺疊、抑制細胞凋亡和促進神經細胞存活。以上這些研究結果顯示了芍藥甘草湯和Coumarin-chalcone衍生物,應用在AD治療上的潛能。Item 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。Item 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。Item 抗發炎相關化合物 VB-037 及甘草次酸 在帕金森氏症細胞模式上之治療潛力(2018) 顏阡聿; Yen, Chien-Yu帕金森氏症為僅次於阿茲海默氏症之第二常見的神經退化性疾 病,主要症狀有手足顫抖、僵硬、動作緩慢、站立不穩等,患者黑質 多巴胺神經元大量減少,並出現包含 α-Synuclein (簡稱 α-Syn)蛋白的 路易氏體。α-Syn 蛋白本質上無特定結構,易形成不溶性的纖維及聚 集。近年研究發現微膠細胞參與的免疫與發炎反應,與帕金森氏症致 病機制相關,且細胞外的 α-Syn 蛋白,會刺激微膠細胞產生前發炎激 素及活性氧化物。為探究 α-Syn 刺激的發炎反應,本研究以大腸桿菌 BL21 表現 His 標籤的 α-Syn 蛋白,並以親和性色層純化之。2 μg/μl 濃度的單體 α-Syn 於 37°C 培養箱搖晃一週後,Thioflavin T 螢光分析 及共軛焦顯微鏡觀察,皆確認了時間依的 α-Syn 纖維的形成。小鼠 BV-2 微膠細胞以製備的 α-Syn 纖維處理後,前發炎因子一氧化氮(NO) 及 Iba1 上升,喹啉衍生物 VB-037 及五環的三萜系化合物甘草次酸 (glycyrrhetic acid) [中藥脹果甘草(Glycyrrhiza inflata)及芍藥甘草湯 (Shaoyao Gancao Tang)活性成分甘草酸(glycyrrhizin)之代謝產物],可 有效抑制 BV-2 微膠細胞生成的 NO、Iba1 及成熟的介白素-1β (IL-1β)。小鼠發炎抗體矩陣及西方墨點/酵素免疫分析法/即時聚合酶 鏈反應驗證,進一步揭示介白素-1α (IL-1α)、介白素-1β、腫瘤壞死因 子-α (TNF-α)、干擾素-γ (IFN-γ)、顆粒球巨噬細胞群落刺激因子 (GM-CSF)、介白素-6 (IL-6)及白血球生長激素(G-CSF),在 α-Syn 纖 維刺激發炎的小鼠 BV-2 微膠細胞中表現增加,且 VB-037 及甘草次 酸前處理能有效的降低這些前發炎因子的表現與釋放。為檢測抗發炎性的 VB-037 及甘草次酸在帕金森氏症的治療潛能,建立 A53T α-Syn-GFP 誘導表現及 α-Syn 纖維依聚集形成的人類神經母細胞瘤 SH-SY5Y 細胞,並以佛波酯 TPA 誘導多巴胺神經元指標酪胺酸烴酶 (Tyrosine hydroxylase)表現的神經分化,ProteoStat 染色及西方墨點/ 點漬法試驗顯示,VB-037 及甘草次酸的處理能有效的降低 α-Syn 聚 集形成。此研究提供新的應用觀點,來助益於抑制 α-Syn 刺激神經發 炎的帕金森氏症治療藥物開發。 關鍵:帕金森氏症、α-Synuclein、神經發炎、VB-037、甘草次酸