La célula beta pancreática es una célula altamente especializada, localizada en el páncreas dentro de unas estructuras denominadas islotes de Langerhans. Estas células desempeñan un papel único en la fisiología del organismo, siendo las únicas capaces de sintetizar la hormona insulina. Posteriormente, la insulina viaja por el torrente sanguíneo hasta alcanzar sus tejidos periféricos diana para promover la captación, la utilización y el almacenamiento de los nutrientes. Sus efectos más directos son rápidos para permitir el paso de la glucosa desde la sangre al interior de todas las células, para mantener el equilibrio entre los niveles de glucosa e insulina del organismo.
Estructura y Composición de las Células Beta
Las células beta (β) son un tipo de célula endocrina ubicadas en los islotes pancreáticos. Constituyen el tipo de célula predominante en los islotes, representando entre el 50% y el 80% del total de células. Un islote de Langerhans promedio contiene entre 1000 y 3000 células. Las células beta humanas entran en contacto con los capilares del islote y están estructural y funcionalmente polarizadas. El núcleo de la célula β se muestra claro porque predomina el ADN menos compacto (eucromatina) que contiene los genes que se están transcribiendo de forma activa y permanente. El aparato de Golgi de la célula β se encarga de la modificación y distribución de las proteínas (proinsulina) que han sido sintetizadas en el retículo endoplasmático y las rodea de membrana creando vesículas (llamados gránulos de insulina) para secretarlas fuera de la célula.
La insulina es sintetizada en el retículo endoplasmático rugoso de la célula β en forma de un polipéptido llamado pre-pro-insulina que es transformado en pro-insulina, que posee escasa actividad hormonal. La proinsulina es una molécula formada por una cadena proteínica de 81 aminoácidos, que es precursora de la insulina. Cada célula beta (β) secretora de insulina contiene entre 5000 y 13 000 gránulos secretores (SG) de insulina. El grupo RRP es responsable de la primera fase de secreción, mientras que la secreción sostenida depende del reclutamiento de gránulos del grupo de reserva RP.
Función Principal: Regulación de la Glucosa Sanguínea
La función primordial de las células beta es la producción y secreción de insulina, una hormona esencial para regular la cantidad de azúcar en la sangre. Su misión es facilitar que la glucosa que circula en la sangre penetre en las células y sea aprovechada como energía. La glucosa se puede considerar como la "gasolina" que hace funcionar al "motor" de nuestro cuerpo. Las células beta tienen la capacidad de detectar cambios en los niveles de glucosa en sangre, de forma que cuando aumenta la glucosa, estas células incrementan la producción de insulina.
En las personas sin diabetes, cuando se empieza a comer alimentos que contienen hidratos de carbono, la glucosa en sangre activa unos sensores en las células betas, y estimula la producción de insulina que se libera directamente a la sangre. Las células betas "miden" los niveles de azúcar constantemente y entregan la cantidad exacta de insulina para que la glucosa pueda entrar a las células, manteniendo así el azúcar en el rango normal de 70 a 110 mg/dl. El exceso de glucosa es guardado como tejido graso, o en el hígado como glucógeno. Entre comidas, cuando su azúcar en sangre está bajo y las células necesitan combustible, el glucógeno del hígado es convertido en glucosa.
El aumento de los niveles de glucosa en sangre (glucemia) luego de ingerir alimentos (pos-ingesta o posprandial), está directamente vinculado con la liberación de insulina. El flujo de iones cargados eléctricamente a través de la membrana plasmática de la célula β, da lugar en determinadas condiciones a cambios bruscos de voltaje, despolarizaciones que son llamadas potenciales de acción. En ausencia de glucosa estimuladora (menos de 5 mM), las células β de roedores son eléctricamente silenciosas (polarizadas en su potencial de reposo). Cuando alcanza este potencial umbral, la membrana rápidamente despolariza hacia una meseta de potencial sobre la cual aparecen las espigas de los potenciales de acción. La glucosa es transportada hasta la célula beta donde ingresa y se metaboliza para producir piruvato, que luego eleva los niveles de Adenosín trifosfato (ATP). El aumento en la relación entre ATP/ADP dentro de la célula, cierra los canales de potasio (K+) dependientes de ATP (KATP) en la membrana plasmática. El cierre de los canales de K+ despolariza la membrana celular. La despolarización eléctrica provoca la apertura de los canales de calcio (Ca2+) dependientes de voltaje (VDCC).
¿Cómo funcionan la glucosa y la insulina en el cuerpo? - #ExclusivoMSP
Otras Hormonas Producidas por las Células Beta
A pesar de que a estas células se las conoce por producir insulina, también son las responsables de segregar otras hormonas que contribuyen a regular los niveles de glucosa:
- Amilina: Limita la velocidad a la que los alimentos pasan del estómago al intestino delgado para reducir los picos de glucosa después de las comidas.
- Péptido C: Su liberación permite utilizarlo como marcador para medir la producción de insulina y comprobar si esta es la adecuada.
Plasticidad Funcional y Cambios Celulares
Las células beta son muy versátiles y pueden cambiar su organización y sus capacidades funcionales. Este fenómeno de plasticidad funcional se hace evidente cuando son expuestas a un ambiente diabético de hiperglucemia e hiperinsulinemia.
Desdiferenciación
El término desdiferenciación se basa en que las células beta regresan a un estado menos maduro o a un estado parecido al de sus células madre. El resultado de este proceso es la pérdida de secreción de insulina. Estas células beta inmaduras muestran una reducida cantidad de gránulos de insulina causada por el agotamiento de la propia célula por mantener el equilibrio bajo condiciones de hiperglucemia. El fallo en la regulación de la secreción de insulina es un fenómeno de la diabetes y se cree que es un factor clave en la pérdida de la funcionalidad de las células beta pancreáticas.
Transdiferenciación
La transdiferenciación se refiere al proceso por el que una célula beta madura se transforma en otro tipo celular. A pesar de que a la célula beta se la considera como un tipo celular sin cambio de función en términos de producción de hormonas, la conversión de células beta a células alpha (productoras de glucagón), bajo condiciones de hiperglucemia, ha sido descrito recientemente. Parece ser que la pérdida de función y/o masa de célula beta es la fuerza impulsora hacia este cambio, cuyo resultado es ayudar a frenar la progresión de la diabetes. Además, el proceso contrario de transdiferenciación (de alpha a beta) también ha sido descrito, y se le considera una alternativa para reponer o restaurar las células beta que se pierden en la diabetes. A la vista de todos estos estudios, la transdiferenciación en la diabetes parece ser un intento por mantener el equilibrio de la glucosa en el organismo.
Senescencia
Las células beta sufren un declive durante el proceso fisiológico del envejecimiento, conocido como senescencia. Existe una acumulación de células senescentes en los islotes de Langerhans, con una funcionalidad reducida. Además, puede existir una parte de las células beta con una senescencia prematura independiente del proceso de envejecimiento, que se ha encontrado en condiciones de altos niveles de glucosa y de insulina, así como por procesos inflamatorios en el ambiente del islote pancreático. La acumulación de estas células beta senescentes se asocia a la llegada de células del sistema inmunitario a los islotes, afectando así la función de las células vecinas.
Células Beta y la Diabetes Mellitus
La diabetes mellitus es una condición crónica que consiste en el aumento anormal de la glucosa en sangre o hiperglucemia, donde la función de la célula beta no funciona correctamente o bien existe una pérdida de células de este tipo.
Diabetes Tipo 1
En la diabetes tipo 1, considerada como una enfermedad autoinmune, las células beta son destruidas por el propio sistema inmune. Un sistema inmune "sano" tiene como función protegernos frente a agresiones externas (virus, bacterias,…). Si el sistema inmune deja de reconocer como propias algunas de las células del organismo, y comienza a creer que son agentes agresores o extraños al organismo, ataca a estas células, generándose una enfermedad autoinmune. La destrucción de las células beta está producida por el propio sistema inmune de la persona con diabetes.
Diabetes Tipo 2
La diabetes tipo 2 se caracteriza por la progresiva pérdida de función de la célula beta y por la aparición de resistencia a la acción de la insulina en los tejidos. El factor inicial en el desarrollo de la diabetes tipo 2 es la resistencia a la insulina. En este caso, las células beta, al principio, si producen insulina adecuadamente, pero esta insulina no es capaz de ejercer correctamente su acción y actuar sobre el músculo, hígado o tejido graso para disminuir la glucosa en la sangre. En esta etapa, la célula beta es capaz de adaptarse a este medio hostil mediante un incremento en su producción de insulina, pero sólo durante un tiempo limitado. Poco a poco su función se va deteriorando, se va a agotando, de manera que comienzan a incrementarse los niveles de glucosa en sangre. Según el defecto de la célula beta va progresando, los niveles de glucemia en sangre se mantiene constantemente aumentados, y esta glucosa aumentada actúa como un tóxico para el páncreas, destruyendo la insulina que la célula beta tiene almacenada en su interior, y agravando por tanto la hiperglucemia. Se considera que cuando un individuo es diagnosticado de DM tipo 2, su cantidad de células beta "vivas" han disminuido a la mitad. Mientras sobrevivan este grupo de células beta aún funcionales, es probable que la diabetes pueda controlarse con medicación oral.
En cualquier caso, la pérdida de funcionalidad y de identidad de la célula beta es una característica que define a la diabetes.
Pancreas y Células Beta: Investigación y Potencial Regenerativo
El páncreas está ubicado en el abdomen, detrás del estómago. Está adherido al intestino delgado y al bazo. Fisiológicamente el páncreas tiene una doble función, con secreciones externas e internas. El principal cometido de la secreción externa es la fabricación de enzimas que intervienen en el proceso de la digestión de los alimentos a nivel intestinal. En cuanto a la secreción interna, de complicado mecanismo, tiene lugar en los islotes de Langerhans, pequeños grupos de células que contienen a las células betas, productoras de la insulina. Hay otras células, las alfa que segregan el glucagón, que es otra hormona que tiene el efecto exactamente contrario al de la insulina, es hiperglucemiante (hace subir los niveles de glucosa en la sangre).
El campo de la investigación experimental ha identificado una población pancreática con características de células madre. Esta población de células positivas a nestina, se expresa bajo ciertas condiciones especiales y abre la posibilidad de desarrollar técnicas para la obtención de nuevas células β que pudieran regenerar el tejido dañado. El páncreas tiene la capacidad de responder a distintos tipos de daño celular con la expresión de un grupo de células que son marcadas con nestina. Recientemente, se ha relacionado a este linaje celular con la posibilidad de comportarse como células madre pancreáticas.
El desarrollo embrionario del páncreas es un proceso complejo que involucra la interacción de genes y factores de crecimiento. La investigación sobre células madre pancreáticas y su potencial para regenerar el tejido dañado ofrece esperanza para el tratamiento de la diabetes.