Ως ερευνητής, πρώτα στο Memorial Sloan Kettering Cancer Center της Νεας Υόρκης και τώρα στο VUmc Amsterdam (Free University of Amsterdam Medical Center), ανέπτυξε μια μέθοδο για την παραγωγή λεμφοκυττάρων για την καταπολέμηση του καρκίνου χρησιμοποιώντας ως πηγή πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα.
Για αυτή την έρευνα βραβεύτηκε στο Διαγωνισμό που διοργανώνει το περιοδικό VIVA στην Ολλανδία στην κατηγορία «Έξυπνα Κεφάλια».
O πατέρας της Παναγιώτης Θέμελης μιλώντας στο thebest.gr αναφέρει ότι δεν περίμενε ο ίδιος αλλά ούτε η Μαρία αυτή τη διάκριση γιατί οι συνυποψήφιοί της ήταν πρόσωπα που είναι ευρέως γνωστά στην Ολλανδία. Ο κ. Θέμελης πάντως δεν κρύβει τη χαρά του και την υπερηφάνια του και λέει με διάθεση χιούμορ «έχω πει στους φίλους μου να με συγκρατήσουν για να μην την ψωνίσω».
Η Μαρία Θέμελη γεννήθηκε και μεγάλωσε στην Πάτρα. Αποφοίτησε πρώτη από την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Πατρών και στη συνέχεια εκπόνησε διδακτορική διατριβή στον τομέα της μεταμόσχευσης αιμοποιητικών κυττάρων, με επιβλέποντα τον καθηγητή Αλέξανδρο Σπυριδωνίδη.
Αργότερα, μετακόμισε για μεταδιδακτορική εκπαίδευση στο Κέντρο Καρκίνου Memorial Sloan Kettering στη Νέα Υόρκη για να εργαστεί στο εργαστήριο του Dr. Michel Sadelain.
Στο εργαστήριό του εκπαιδευτηκε σε βάθος στον σχεδιασμό, την ανάπτυξη, την κατασκευή και τις κλινικές εφαρμογές της ανοσοθεραπειας με λεμφοκύτταρα, των λεγομένων κυττάρων CAR-T. Η δουλειά της οδήγησε σε ανακαλύψεις υψηλού αντίκτυπου στον τομέα της ανοσοθεραπείας με κύτταρα CAR-T. Περιέγραψε για πρώτη φορά τη χρήση των πολυδύναμων βλαστικών κύτταρων ως πηγή για τη δημιουργία στο εργαστήριο κυττάρων CAR-T με αντικαρκινική δράση. Η μέθοδος αυτή έχει κατοχυρωθεί με πατέντα.
Για την έρευνα της έχει λάβει πολλές διακρίσεις όπως η υποτροφία Druckenmiller από το New York Stem Cell Foundation Το 2015 έλαβε μια υποτροφία Marie Curie από την Ευρωπαϊκή Ένωση και επέστρεψε στην Ευρώπη, στο τμήμα αιματολογίας στο VUmc Cancer Center του Άμστερνταμ, όπου πήρε πρόσφατα θέση επίκουρου καθηγητή. Στην ομάδα VUmc η ομάδα της έχει αναπτύξει και προληπτικά αξιολογήσει τη χρήση των CAR-T για τη θεραπεία του πολλαπλού μυελώματος. Συνεχίζει επίσης να βελτιώνει τη χρήση των πολυδύναμων κυττάρων ως απεριόριστη πηγή θεραπευτικών κυττάρων CAR-T με στόχο την ευρύτερη εφαρμογή, προσβασιμότητα και αποτελεσματικότητα της μεθόδου.
Η ίδια σε ερώτηση που της έγινε για την παιδεία και την έρευνα στην Ελλάδα, είπε:
«Εγώ τελείωσα το Πανεπιστήμιο στην Ελλάδα, δεν πλήρωσα για την εκπαίδευσή μου κι αυτό το οφείλω στον Έλληνα φορολογούμενο και βλέπω ότι με τα καλά του και τα άσχημα, αυτό το εκπαιδευτικό σύστημα έχει τη δυνατότητα να εξάγει καταρτισμένους ανθρώπους και μπορούμε να αποφύγουμε την εξαγωγή των μυαλών μας, διότι ο λόγος που φεύγουν είναι πως δεν υπάρχει μέλλον μετά την εκπαίδευσή τους, και στην έρευνα και στο να ζήσουν αυτοί οι άνθρωποι».
