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.
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.
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».
