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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    新穎抗癌藥物及其所影響之蛋白對於肺癌治療的效性探討
    (2010) 譚一泓; Yi-Hung Carol Tan
    目的:標靶治療是目前癌症治療的主要研究方向,大多數的肺癌患者對於化學療法或是放射線療法都有強烈的抗藥性,因此新穎的抗癌藥物以及新的治療目標是極需被開發研究的。在此論文的第一部分研究目的,希望鑑定新穎的小分子化合物OSU03013,是否可以作為肺癌新穎抗癌藥物。OSU03013其為舊藥celecoxib的衍生物,屬於cyclooxygenase (COX)-2的抑制劑。在攝護腺癌研究中證實OSU03013透過3-phosphoinositide- dependent kinase 1 (PDK1)/AKT訊息傳導路徑抑制腫瘤生長,此外,OSU03013也使用在乳癌的研究中。因此我們也希望能定義出OSU03013在肺癌中的目標蛋白及影響的生物路徑。此論文的第二部份是探討新穎c-Met抑制劑PHA665752對肺癌細胞生長及轉移的抑制作用,以及新穎治療目標基因Cbl (Casitas B-lineage lymphoma) 於肺癌病人檢體之突變情形。c-Cbl基因位於人類染色體11q23.3的位置,c-CBL蛋白目前已被發現主要參與細胞訊息傳導路徑以及酪氨酸激酶接受器(如:c-Met 和EGFR)的負調控角色,因此,本研究推測c-Cbl的突變或許是造成c-Met和EGFR過度表現的原因之一。此外,結合PHA665752 以及c-CBL 正常蛋白的共同抑制作用,或許可以成為新穎治療肺癌的策略。 實驗方法與設計:論文的第一部分,為了探討OSU03013是否有潛力成為新穎抗癌藥物,本研究利用肺癌細胞之毒殺作用及其細胞學鑑定,之後利用二維電泳、質譜分析等蛋白質體學的方法找尋藥物的目標及影響蛋白,並分析這些蛋白/訊息傳遞路徑與細胞生長調控的關係。論文的第二部分,利用肺癌細胞之毒殺作用來探討PHA665752的抑制效果,並利用基因定序及生物功能探討的方式,在總共一百一十九位來自台灣、美國白種人及黑人肺癌病人腫瘤組織中來研究c-Cbl的基因突變圖譜,並且在非小細胞肺癌細胞株中探討c-Cbl基因突變後影響細胞生長的狀況。此外,並利用c-Met抑制劑PHA665752及c-Cbl 正常基因轉染的共同處理,在細胞及動物實驗中來探討c-Met抑制劑及c-CBL正常蛋白對癌細胞的抑制作用。 結果:第一部分的結果指出OSU03013具有高度細胞選擇性毒殺作用,而此藥物對於肺正常細胞在相同濃度處理並沒有毒殺作用,所以是一個治療肺癌的潛力藥物。在細胞學鑑定實驗中,我們發現OSU03013的細胞致死劑量在48小時的測試下約1~4 M,會造成細胞週期停滯在間期一 (Gap 1, G1 arrest) 的現象;OSU03013在肺癌細胞同時也藉由內質網壓力效應去引發細胞凋亡 (apoptosis)。在蛋白質體學的實驗中,我們發現此藥物在肺癌細胞之目標蛋白包含了cAMP-dependent protein kinase inhibitor β form (PKIB, 激酶抑制蛋白)、數種G proteins (G蛋白)、數種Heat-shock proteins (熱休克蛋白)、Antioxidant enzymes (抗氧化蛋白)、及其他調控細胞生長、代謝的蛋白;這些蛋白有許多皆以Western blot (西方點墨法) 確認。經由分子模擬的實驗顯示,OSU03013會與ATP競爭然後與cAMP-dependent protein kinase (PKA)結合,並且抑制PKA的訊息傳導路徑,推測因此抑制了肺癌細胞生長。第二部份的結果指出,c-Met普遍過度表現於肺癌細胞中,而PHA665752對癌細胞具有毒殺作用、降低c-Met的表現,並且會引發早期細胞凋亡的機制。此外,一百一十九個肺癌病人樣本中,有一個已知的基因多型性變異 (signal nucleotide polymorphism) L620F以及八個位於表現子(exon)的c-Cbl突變型,其突變機率為百分之六點七。在三十七個台灣肺癌病人樣本中,有百分之二十一點六失去異合性(Loss of heterozygosity)的情形發生;另一方面,S80N/H94Y、Q249E、W802stop突變分別專一性發現於美國白種人、台灣人、非裔美人。在A549細胞中轉染此三種突變型c-CBL蛋白會導致細胞生長率以及移動能力的增加。最後,無論是在細胞或動物實驗中,將PHA665752以及c-CBL正常蛋白單獨或共同處理癌細胞有抑制其生長的現象,亦有抑制細胞轉移的情形。 結論:本研究為首篇在肺癌細胞中偵測OSU03013藥物之抑制癌細胞潛力,並由分子及蛋白質體學的研究結果發現此藥物會經由抑制PKA訊息傳導路徑來抑制癌細胞生長,並導致GSK3的去磷酸化,進而使在肺癌細胞中通常過度表現的-catenin被分解。此外,基於c-CBL可以負調控酪氨酸激酶接受器的表現,加上PHA665752亦可抑制c-Met在細胞中的過度表現,或許將來可以發展c-Cbl之基因治療,並且配合PHA665752的共同治療成為新的癌症治療方向。
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    1. 探討夏枯草抑制非小細胞肺癌細胞轉移機制 2.篩選以細胞自噬去除神經細胞堆積多麩胺酸的小分子新穎化合物
    (2012) 黃中岳; CHUNG-YUEH HUANG
    1. 癌症是由於體細胞複製脫離正常的調控而不斷快速複製異常細胞的現象。異常增生的細胞形成腫瘤侵入週邊組織持續擴大並影響原發部位的器官功能及壓迫周遭器官;而癌細胞進入人體的血液循環以及淋巴系統轉移至其它部位增生,更是具有威脅性。 癌細胞的轉移,與分解細胞外基質(extracellular matrix, ECM),以及促進血管新生的能力有很大的關聯。而在這些過程中,基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)扮演了一個十分重要的角色。 本研究利用中草藥處理人類肺腺癌細胞株(A549、H460及H1299)以及以化學合成藥物處理p53 mutation 之肝癌細胞株(Huh7)。實驗首先利用gelatin zymography assay篩選出具有抑制MMP-9與MMP-2活性能力之藥物,並以western blot觀察細胞懸浮液MMP-9與MMP-2的表現量。接著觀察藥物是否對細胞有毒性,再以wound healing assay觀察癌細胞移動能力的影響;最後以invasion assay觀察中藥對腫瘤細胞的侵入能力的影響。綜合以上的實驗結果看出,夏枯草能夠對肺癌細胞的MMP-9與MMP-2活性產生抑制效果,而且可以抑制肺癌細胞的入侵以及移動能力,在H460細胞株上的效果較為顯著,且藥效不會因p53的狀態而受到影響。另外本次實驗並沒有在所試驗的化學合成藥物中觀察到具抑制MMP活性的合成藥物。 2. 細胞自噬(autophagy)是細胞一個重要的維持細胞生存的方式。細胞透過這個過程,清除細胞中非必要的物質,以取得胺基酸等營養物質,也避免細胞異常的物質累積。自噬過程中,細胞會將目標物質包覆在雙層膜節構中形成自噬體(autophagosome),再與溶酶體(lysosome)融合,降解目標物質,並且回收營養物質和能源。 Polyglutamine (polyQ) disease是一種在神經性退化症,其主要的病因是在基因中出現CAG或CUG的重複序列的異常增加。目前已經證明藉由調控自噬作用的藥物在polyQ disease,如亨丁頓氏症 (Huntington’s disease)小鼠模型可以減輕其毒性,因此增強自噬作用的藥物,可能會是對這種疾病的治療方式。 本論文轉殖了結合不同長度polyQ的綠色螢光蛋白基因之SK細胞株,將穩定的細胞株用各種合成化學物質複合物進行處理之後,使用螢光染色,觀察自噬體是否增加且觀察對細胞存活的影響。本論文初步篩選出了三種能夠誘導細胞自噬增加並減少polyQ堆積的小分子化合物。未來研究會再繼續確認細胞自噬對清除細胞polyQ堆積的機制。
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    中草藥M1抗肝癌之研究
    (2018) 傅乙晏; Fu, Yi-Yan
    肝細胞癌(Hepatocellular carcinoma)是目前人類常見的惡性癌症之一,據統計肝癌致死率二十年來是台灣癌症主要死因。主要致癌因子包含了肝炎病毒感染和其他原因如酒精濫用、黃麴毒素的攝取等。 目前以中草藥治療疾病機轉的研究獲得重視,本研究中以Huh7肝癌細胞株來檢測中草藥對於肝癌細胞的血管新生作用及轉移作用是否能有效抑制。結果,由10種中藥發現M1中草藥能夠以低於細胞生存率(Cell Viability)濃度的一半濃度以下有效抑制Huh7的細胞遷移能力(Migration)。中草藥M1 針對細胞膜上的受器酪胺酸激酶 (Receptor Tyrosine Kinase,RTK)中的表皮生長因子受體(Epidermal Growth Factor Receptor,EGFR)有效抑制其磷酸化,並且抑制其下游分子AKT (Protein Kinase B,PKB)、mTOR (mammalian target of rapamycin)、HIF1-α(Hypoxia-inducible factor 1-alpha) 和VEGF-A(Vascular Endothelial Growth Factor A)的表現。EGFR下游路徑蛋白 Ras (Rat sarcoma) 、 ERK (extracellular signal–regulated kinases)、轉錄因子Snail亦有被抑制表現。細胞轉移機制中,可分解細胞外基質(Extracellular Matrix,ECM)蛋白的酵素,基質金屬蛋白酶(Matrix Metalloproteinases,MMPs)中的MMP-2、MMP-9在細胞外活性和表現量能夠被有效的抑制和減少。Epithelial–mesenchymal transition (EMT) 中的指標蛋白,如: E-cadherin和N-cadherin表現量也有改變,抑制細胞的遷移能力。本研究也藉由免疫缺陷小鼠(NOD/SCID)建立腫瘤模式,並以口服M1來觀察是否可在活體(in vivo)內抑制腫瘤生長,結果在腫瘤生長大小、重量、蛋白表現上都被有效抑制,M1確實可在活體中抑制腫瘤生長。總結研究結果可,中草藥M1有其發展抗癌藥物的潛力。
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    探討三環藥物Teroxirone抑制肝癌細胞生長的機制
    (2016) 王文興; Wang, Wen-Hsing
    肝癌在全球癌症致死率排名第二,而肝內轉移途徑是造成肝癌復發與高死亡率的主要原因之一。但肝癌轉移機制仍不清楚。三環氧化物triptolide的衍生物teroxirone為一合成的抗癌試劑,過去研究發現teroxirone會使人類非小細胞肺癌細胞經內源性途徑細胞凋亡。本篇使用常見的肝癌細胞株Huh7 (具有突變p53)、HepG2 (野生型p53)與Hep3B (無p53)進行實驗,實驗顯示teroxirone會使肝癌細胞株Huh7產生外源性途徑細胞凋亡。進一步使用caspase-3抑制劑Z-DEVD-FMK來確認teroxirone所誘導Huh7產生細胞凋亡是否透過外源性途徑,發現細胞在加藥前經過caspase-3抑制劑處理,外源性細胞凋亡相關的蛋白質表現降低。另外,透過傷口癒合檢測 (wound-healing assay)與細胞遷移與侵入實驗 (transwell migration and invasion assay)都顯示藥物濃度低於IC50的teroxirone處理可以抑制Huh7產生細胞遷移與侵入。而利用酶譜分析 (zymography)與西方墨點法 (western blot)之結果可看出在低濃度的teroxirone處理後促進細胞轉移相關的蛋白基因表現皆有受到抑制。此外,證明了teroxirone會去降低Huh7 stem-like cells增生與其幹細胞指標。在動物模式中,異體移植的Huh7腫瘤teroxirone處理,會使腫瘤透過細胞凋亡的方式達到抑制腫瘤生長的目的。結論,teroxirone會透過活化外源性細胞凋亡途徑抑制人類肝癌細胞的生長,且低濃度的藥物處理能抑制肝癌細胞的遷移與轉移。另外,teroxirone能降低肝癌類幹細胞的幹細胞特性,並抑制動物模式中異體移植之腫瘤生長,顯示teroxirone在治療肝癌具有發展潛力。
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    探討雙高石膽酸衍生物對於唾液酸轉移酶及癌細胞轉移的影響
    (2019) 徐子凡; Hsu, Zih-Fan
    在台灣,癌症為十大死因之首,其中癌細胞轉移為九成癌症病人之死因。癌細胞表面具有過度表現的唾液酸是細胞癌化的重要指標,此現象不僅會促進癌細胞的生長,亦可增加其侵犯周邊組織與轉移之能力。已有實驗證實,藉由調控唾液酸轉移酶能影響細胞表面之唾液酸表現。因此,抑制唾液酸轉移酶的活性會是一個有潛力的癌症轉移治療方式。 我們合成雙高石膽酸衍生物HZF01-04,並進行初步生物試驗的研究與探討。HZF01-04具有極高的選擇性唾液酸轉移酶抑制能力,針對ST6Gal I有良好的抑制效果,其IC50數值介於7.8-12.2 μM之間。此外,HZF01-04對於人類三陰性乳癌細胞株MDA-MB-231的轉移能力具有抑制效果,其IC50數值之範圍介於7.5-10 μM之間。進一步的生物活性測試正在進行中,包括物化性質與動物實驗。 此研究結果有助於選擇性唾液酸轉移酶抑制劑的開發,希望能應用於N-醣鏈過度唾液酸化的癌症病人之治療。