Thèse: En médecine nucléaire, suite au marquage de cellules in vitro avec des radionucléides, l’évaluation des doses reçues à la cellule est essentielle pour comprendre les effets biologiques associés et comparer différentes expériences entre elles. Réalisée notamment avec des émetteurs β+ pour le suivi de cellules par imagerie TEP, la procédure implique l’utilisation de fortes activités dans un volume restreint pouvant alors induire des doses élevées et entrainer une mortalité cellulaire et par la même une perte de la qualité de l’image. Ce travail de recherche s’inscrit dans la perspective de mieux appréhender les enjeux qui sous-tendent cette procédure et d’éclairer les pratiques actuelles. Dans ce cadre, l’étude a porté plus précisément sur l’évaluation réaliste des doses reçues aux cellules lors d’un radiomarquage de cellules au ¹⁸F-FDG pour l’imagerie TEP et leur corrélation aux effets observés. Une première partie du travail de thèse a reposé sur le développement et l’optimisation d’outils de calculs de dose à l’échelle cellulaire. Une analyse comparée de plusieurs méthodes de calculs hybrides a été réalisée en s’appuyant sur des approches analytiques, Monte Carlo ou de la dynamique moléculaire. L’impact de différents facteurs comme la densité cellulaire et l'efficacité de marquage sur les doses aux cellules a pu être ainsi étudié et discuté. Dans un second temps, des expériences de radiomarquage de cellules mésenchymateuses et lymphoblastoïdes au ¹⁸F-FDG ont été réalisées suivies d’une évaluation de la survie clonogénique, du cycle cellulaire et de la cinétique d’apparition et réparation de cassures double brins. Pour relier les effets observés à des doses précises, un modèle dosimétrique multi-cellulaire a été développé, prenant en compte l’ensemble des étapes de l’expérience. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre l’exposition des cellules au cours des étapes de marquage et des conséquences fonctionnelles sur les cellules marquées, apportant ainsi une base de connaissances pour une future standardisation des méthodes de marquage.