Formada em fisioterapia pela Universidade do Vale do Paraíba (Univap), a pesquisadora fez especialização (2006) em fisioterapia cardiorrespiratória na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), doutorado (2014) em medicina, com foco em cirurgia torácica e cardiovascular pela Universidade de São Paulo (USP), e pós-doutorado (2018) em medicina pela Universidade Nove de Julho (Uninove). Atualmente, é pesquisadora colaboradora do Instituto do Coração (InCor) do Hospital das Clínicas da USP e cientista clínica da Bright. É membro da American Society for Laser Medicine and Surgery, além de revisora dos periódicos Journal of Photochemistry and Photobiology e Revista de Medicina.
A cientista entrou em contato com a área de fotobiomodulação ainda na graduação, devido à experiência da médica Maria Cristina Chavantes, com quem teve aula. Chavantes é referência no país na área dos estudos de lasers de baixa e alta intensidade para fins terapêuticos em seres humanos. Alguns desses lasers integram o grupo de fototerapias, assim como a fotobiomodulação. O contato com a médica fez Nathali ter interesse em se aprofundar na área. No doutorado, no Incor, criou uma técnica cirúrgica experimental com o laser de alta potência para tratar válvulas mitrais cardíacas de suínos, o que lhe rendeu um prêmio nacional em 2013.
Na tentativa de utilização futura do laser como método auxiliar na correção cirúrgica de valvopatias em humanos, iniciou um estudo experimental com o objetivo de comparar o tecido valvar mitral de suínos submetidos a cirurgias com e sem as aplicações de laser. Os experimentos em suínos são realizados devido às similaridades com o sistema anatômico de seres humanos, especialmente o do coração. Atualmente, essas cirurgias para correção de valvopatias são feitas em humanos com bisturi elétrico. A ideia é que, no futuro, a área de cardiologia também faça uso do laser, assim como outras áreas da medicina já utilizam.
Em paralelo à tese de doutorado, desenvolveu com a Profª. Chavantes protocolos com a terapia de fotobiomodulação, dentro do Incor e do Hospital das Clínicas, que reduziram tempo de permanência hospitalar e dor de pacientes em pós-operatório de cirurgias cardiotorácicas, além de terem acelerado a cicatrização. Em 2012, recebeu seu primeiro prêmio internacional pela Sociedade Americana de Laser em Medicina e Cirurgia devido aos resultados dessa pesquisa. Junto com a Profª. Chavantes, também demonstrou que era possível utilizar a fotobiomodulação em neonatologia de forma segura e não invasiva, trazendo bons resultados para o público infantil.
No pós-doutorado, recebeu outro prêmio internacional, em 2018, por demonstrar que o uso da terapia de fotobiomodulação poderia auxiliar no tratamento de pacientes asmáticos, diminuindo consumo de medicamentos, além de melhorar a capacidade respiratória. Ao longo de sua trajetória, a pesquisadora foi premiada três vezes pela Sociedade Americana de Laser em Medicina e Cirurgia.
Na Bright, é cientista clínica, responsável pela área de Pesquisa & Desenvolvimento, coordenando os estudos clínicos que a empresa conduz a nível nacional, além de prestar suporte científico aos estudos independentes, conduzidos por empresas parceiras, bem como outras atividades cotidianas. Acredita na Bright porque a empresa reúne excelência profissional e tecnologia inovadora na área da saúde, acompanhando a evolução dos médicos que fazem uso da Plataforma de Cuidado da Bright, bem como de seus pacientes. A seu ver, a Bright trata a dor com precisão, individualização e otimização do tempo do profissional de saúde.