Després de llicenciar-se i doctorar-se en Bioquímica a la Universidad Autónoma de Madrid, Maria Mittelbrunn es va especialitzar en immunologia. Va fer la tesi doctoral sota la supervisió del professor Francisco Sánchez Madrid, a l’Hospital de La Princesa (Madrid). Posteriorment va complementar la seva formació al Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (Madrid), amb estades addicionals a l’Institut Curie (París), a la Universidad de Oviedo i a l’Hospital 12 de Octubre (Madrid). Actualment, és científica titular del CSIC, líder del Laboratori d’Immunometabolisme i Inflamació al Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO, UAM-CSIC), i professora visitant al Columbia Center for Translational Immunology de la Columbia University (Nova York).

La seva recerca se centra en l’estudi del declivi del sistema immunitari amb l’edat. El seu laboratori ha estat pioner a situar el sistema immunitari com a regulador crític en l’envelliment. En concret, el seu treball ha demostrat que l’envelliment del sistema immune no sols compromet la resposta davant de les infeccions, el càncer o la vacunació, sinó que també afavoreix una inflamació crònica, incrementant el risc de desenvolupar malalties cardiovasculars, metabòliques, cognitives i musculars.

Les investigacions dutes a terme al seu laboratori han permès identificar nous mecanismes moleculars implicats en la inflamació crònica i en les malalties associades a l’envelliment, a més d’establir noves dianes terapèutiques en malalties inflamatòries i cardiovasculars, especialment en aneurismes aòrtics, com també en malalties mitocondrials.

La Dra. Mittelbrunn ha rebut dos ajuts del Consell Europeu de Recerca (ERC) —una Starting Grant i una Consolidator Grant—, ha estat ponent en múltiples congressos internacionals i és vicepresidenta de la Sociedad Española de Senescencia Celular.

Per les seves contribucions científiques, ha rebut nombrosos reconeixements, entre els quals destaquen el Premi L’Oréal-UNESCO For Women in Science, el Premi Fundació Banc Sabadell a la Investigació Biomèdica, el Premi al Jove Talent Científic Femení en Biologia i Geologia de la Real Academia Española de Ciencias de España (FRACE) y el Premi a la Investigació Jesús Serra en la categoria bàsica. Des del 2024, es acadèmica corresponent de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de España.