在人体测试候选药物之前，必须在临床前研究中探索其安全性和功效（有效性）。这些研究可以是“体外”，拉丁语的意思是“在容器中的”，指的是使用在体外进行细胞培养的研究，也可以是“体内”，拉丁语的意思是在“活体内”，指的是进行的研究在身体内部。

在临床前研究中，还需要使用动物用于体内测试，因为此阶段要在人体测试之前进行，以确保其安全性。

体外

为了进行体外研究，使用的细胞系来源于人或非人类动物，并在培养皿或试管中引入正在开发中的新药物中。体外研究有许多好处。第一个也是最明显的好处是，它们不会对源自细胞培养物的动物或人造成伤害，并且没有动物试验的弊端。体外模型的其他好处包括操作和运行相对便宜。它们也是可靠和高效的，并且可以产生可靠的结果。

然而，尽管体外研究提供了许多显着的益处，但它们具有一个主要的缺点。体外研究受到限制，因为它们无法模拟药物化合物如何与复杂器官中存在的所有分子和细胞类型相互作用。它们只能单独进行测试，而人体是一个动态环境，其中许多途径和细胞处于不断的交换和沟通中。这可能使体外研究难以预测潜在相互作用的复杂性。

尽管有这个限制，体外研究仍然是临床前研究的关键部分。在这里，我们将以临床前研究中针对新型癌症治疗剂的体外测试为例，以说明体外研究如何向前发展以及技术如何发展以克服体外研究的局限性。

从历史上看，临床前体外癌症模型面临着无法可靠地预测患者预后的缺陷。尽管在基于细胞的模型中进行体外测试一直是癌症研究的基础部分，但这些临床前研究并不总是能够成功生成反映恶性肿瘤对候选药物确切行为的数据。

为了解决这个问题，科学家正在努力开发这些试验中所使用的技术。特别是现在出现了基于体外活细胞的更复杂的共培养技术为基础的技术。

近几十年来，已经看到了从二维细胞培养向三维细胞生长的转变，这种新兴技术可以更有效地捕获生理环境并更好地反映肿瘤组织的生长方式。这项新技术能够提供三维结构，并保留体外观察到的肿瘤细胞的异质性。与二维细胞培养相比，它更能证明复杂的微环境和周围基质成分。

体内

与体外相比，体内研究是在活生物体内进行的。在临床前试验中，这些试验发生在动物受试者内。在临床试验中，体内研究可以使用人类或动物作为对象。

体内研究能够解决体外研究的局限性，它们能够证明药物对整个身体的影响，而不是它如何影响分离出来的细胞。这使得体内研究可以更好地可视化潜在的相互作用，从而可以改善其对安全性、毒性和功效的预测。这有助于科学家预测候选药物对人类疾病的影响。

但是，尽管体内研究解决了体外研究的弊端，但它们也有自己的局限性。体内研究面临重大的伦理问题，特别是对于仅允许动物模型进行试验的临床前研究。数十年来，有关动物测试伦理的争论更加激化了。

目前，有关动物试验的法规和法律越来越严格，希望对动物进行临床前研究的科学家进行临床前体内研究，以证明没有其他替代方法可用于进行实验。还要求他们表现出一种平衡感，即研究的好处（获得的知识）胜过缺点（对动物造成的痛苦）。

像体外研究一样，体内研究也正在进行技术改造。CRISPR等新兴技术将使复杂的动物模型的执行变得越来越简单、便宜和快捷。

尽管体内研究面临重大的伦理考虑，但它们很可能仍将是临床前研究的基本组成部分。未来预计将在临床前技术带来显著的进步，无论是在体外和体内，应有助于更准确的数据的收集，以及更快，更简单的方法。预计这些进展将改善临床前数据的质量，并减少对传统动物模型的依赖。

文章来源：

Lorian, V., 1988. Differences between in vitro and in vivo studies. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 32(10), pp.1600-1601.

Højelse, F., 2000. Preclinical Safety Assessment: In vitro - in vivo Testing. Pharmacology & Toxicology, 86, pp.6-7.