El proceso de descubrimiento de fármacos es una tarea larga y costosa que puede durar una década o más y costar más de mil millones de dólares. Para desarrollar fármacos eficaces, los investigadores recurren a ensayos preclínicos para identificar moléculas específicas (Lead Candidates) que posean las características necesarias. Durante esta fase preclínica, se utilizan ensayos in vivo e in vitro para validar las dianas y el desarrollo de los candidatos.

In vitro (que en latín significa «en vidrio») se refiere a los estudios realizados externamente de un organismo vivo. Esto puede incluir el trabajo realizado con bacterias o células de mamífero en una placa de Petri. Las pruebas preclínicas in vitro son útiles para identificar cualquier reacción tóxica o cancerígena. Por ejemplo, en un estudio de 2017 sobre posibles tratamientos contra el cáncer se utilizaron células tumorales in vitro y un cribado de fármacos de alto rendimiento para validar un medicamento personalizado contra el cáncer. Los resultados de las pruebas identificaron un nuevo fármaco eficaz y combinaciones de fármacos creadas para cada célula específica. Los chips de tejido son otra tecnología in vitro interesante y emergente que utiliza microsistemas diseñados para representar tejidos de órganos humanos.

In vivo («dentro de lo vivo») implica la investigación realizada dentro del cuerpo de un modelo vivo. Alrededor del 30% de los fármacos que han superado los estudios preclínicos in vitro fracasan en los ensayos clínicos, por lo que la realización de ensayos in vivo es un paso esencial en el proceso de descubrimiento de fármacos, ya que revela sus efectos en organismos enteros y complejos. Los modelos in vivo tienen la clara ventaja de probar la toxicidad, eficacia y seguridad de un fármaco en un organismo vivo completo y complejo. La edición de genes en animales ha hecho que estos procesos tengan aún más éxito.

Tanto los métodos in vivo como in vitro tienen su lugar en el mundo de la investigación y a menudo se utilizan de forma complementaria. Dependiendo de la aplicación, existen ventajas e inconvenientes. La investigación in vitro tiene la ventaja de ser menos costosa y, por tanto, más adecuada para pruebas farmacéuticas a gran escala y de alto rendimiento. Desde un punto de vista ético, la investigación in vitro también se ve favorecida y no requiere la aprobación de los Comités Institucionales para el Cuidado y Uso de Animales (IACUC). Un inconveniente importante es que los ensayos in vitro no tienen en cuenta la complejidad de los sistemas orgánicos. No se tienen en cuenta procesos bioquímicos como la metabolización y, por tanto, no son tan «trasladables» a los seres humanos.

Los estudios in vivo son más costosos (en términos de tiempo y recursos) y plantean problemas éticos a muchas entidades. Sin embargo, los modelos in vivo tienen la clara ventaja de probar la toxicidad, eficacia y seguridad de un fármaco basándose en un organismo vivo completo y complejo. La edición de genes en animales ha hecho que estos procesos sean aún más exitosos.