Le glioblastome est la forme la plus agressive des tumeurs du système nerveux central. Le traitement de référence consiste en l'exérèse chirurgicale, suivie d'une radiothérapie associée à une chimiothérapie concomitante et adjuvante par le témozolomide. Son bénéfice est démontré par une médiane de survie entre 12 et 14 mois. Le glioblastome est caractérisé par une population cellulaire hétérogène hautement infiltrante, angiogénique et résistante à la chimiothérapie. Dans le but d'optimiser l'effet des molécules thérapeutiques, un suivi de leur pharmacocinétique ainsi qu'une bonne caractérisation tumorale sont nécessaires. L'imagerie par désorption laser assistée par matrice en spectrométrie de masse (IMS MALDI) a été utilisée pour l'identification de marqueurs diagnostiques, pronostiques et prédictifs de réponse aux traitements. Elle a aussi permis de suivre la pharmacocinétique in situ des chimiothérapies.L'identification de protéines directement sur tissu par fragmentation en source a permis la mise en évidence de différents isotypes de tubuline, une des cibles majeures en thérapie anticancéreuse. Le couplage de cette stratégie d'identification à l'imagerie MALDI a permis d'identifier et de localiser dans des zones tumorales, des protéines impliquées dans la tumorigenèse. La distribution intra-tissulaire du bévacizumab et du témozolomide a été étudiée pour la première fois.Des marqueurs de réponse aux traitements ont ensuite été identifiés par comparaison des profils d'expression protéique de tumeurs avec et sans traitement. Ces résultats montrent l'intérêt de l'imagerie MALDI pour l'étude des chimiothérapies et permettent d'envisager son utilisation clinique future. / Glioblastoma is the most aggressive of the gliomas, a collection of tumors arising from glia or their precursors within the central nervous system. The current standard of care, comprised of surgical resection followed by radiation and the chemotherapeutic agent temozolomide, only provides patients with a 12-14 months survival period post-diagnosis. The glioblastoma is characterized by a heterogeneous population of cells that are highly infiltrative, angiogenic and resistant to chemotherapy. In order to optimize the therapy effect, a pharmacokinetic monitoring and a better understanding and characterization of tumor biology are needed. For this purpose, matrix assisted laser desorption/ionization imaging mass spectrometry imaging mass spectrometry (MALDI IMS) technology was applied to identify diagnostic, prognostic and predictive markers of therapy response; and to understand/follow the pharmacokinetic of chemotherapies. The top-down in-source decay strategy was used for protein identification directly on tissue. This strategy allowed tubulin protein isoforms distinction and identification, which is one of the main targets in cancer therapy. MALDI imaging coupled to ISD identified tumorigenesis proteins within tumor structures. Bevacizumab and temozolmide distribution was followed within brain tissue sections. For the first time a monoclonal antibody was deciphered on tissue. Finally, markers that predict therapy response were demonstrated by a comparison between protein expression profiles from tumors with and without chemotherapy treatment. These results highlight the interest of MALDI imaging for chemotherapy improvement and open the way for its use in the clinics.