Basé sur les récentes découvertes de nos laboratoires dans le domaine de la chemobiologie, la première partie de thèse a été consacrée à la caractérisation in vitro et in vivo de différents marqueurs tumoraux en combinant la chimie bioorthogonale et l'analyse par spectrométrie de masse des fluides biologiques. Cette technologie implique l'injection d'un cocktail d'anticorps étiquetés avec des marqueurs de masse, liés par un espaceur clivable par réaction bioorthogonale. Plusieurs jours après, un dérivé cyclooctyne est injecté pour induire une réaction de coupure bioorthogonale avec le cocktail d'anticorps fixés dans la zone tumorale. Cette réaction entraine la libération des marqueurs de masse analysable dans les fluides biologiques (sang, plasma, urine). La quantification de l'abondance de chaque marqueur permet alors de connaitre la répartition de chaque récepteur tumoral au sein de la lésion et donc de déterminer quel anticorps peut être utilisé pour soigner le patient. La deuxième partie de la thèse a été consacrée au développement d'une approche de préciblage pour localiser une tumeur solide chez une souris par imagerie PET. L'originalité de ce projet repose sur l'utilisation de PNAs et de la réaction de cycloaddition entre une chlorosydnone et un cyclooctyne. Dans cette approche, les PNAs jouent un rôle important en permettant d'effectuer la réaction avec une très bonne vitesse réactionnelle même à des concentrations de l'ordre du nM. Enfin, la dernière partie de la thèse reporte la synthèse de deux nouvelles familles d'iminosydnones capables de libérer des isocyanates stables avec des cinétiques inégalées, pouvant atteindre des constantes > 1000 L mol⁻¹ s⁻¹.