A 57-year-old man with nonischemic cardiomyopathy who was dependent on venoarterial extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) and was not a candidate for standard therapeutics, including a traditional allograft, received a heart from a genetically modified pig source animal that had 10 individual gene edits. Immunosuppression was based on CD40 blockade. The patient was weaned from ECMO, and the xenograft functioned normally without apparent rejection. Sudden diastolic thickening and failure of the xenograft occurred on day 49 after transplantation, and life support was withdrawn on day 60. On autopsy, the xenograft was found to be edematous, having nearly doubled in weight. Histologic examination revealed scattered myocyte necrosis, interstitial edema, and red-cell extravasation, without evidence of microvascular thrombosis - findings that were not consistent with typical rejection. Studies are under way to identify the mechanisms responsible for these changes. (Funded by the University of Maryland Medical Center and School of Medicine.).

Xenografts from genetically modified pigs have become one of the most promising solutions to the dearth of human organs available for transplantation. The challenge in this model has been hyperacute rejection. To avoid this, pigs have been bred with a knockout of the alpha-1,3-galactosyltransferase gene and with subcapsular autologous thymic tissue.We transplanted kidneys from these genetically modified pigs into two brain-dead human recipients whose circulatory and respiratory activity was maintained on ventilators for the duration of the study. We performed serial biopsies and monitored the urine output and kinetic estimated glomerular filtration rate (eGFR) to assess renal function and xenograft rejection.The xenograft in both recipients began to make urine within moments after reperfusion. Over the 54-hour study, the kinetic eGFR increased from 23 ml per minute per 1.73 m2 of body-surface area before transplantation to 62 ml per minute per 1.73 m2 after transplantation in Recipient 1 and from 55 to 109 ml per minute per 1.73 m2 in Recipient 2. In both recipients, the creatinine level, which had been at a steady state, decreased after implantation of the xenograft, from 1.97 to 0.82 mg per deciliter in Recipient 1 and from 1.10 to 0.57 mg per deciliter in Recipient 2. The transplanted kidneys remained pink and well-perfused, continuing to make urine throughout the study. Biopsies that were performed at 6, 24, 48, and 54 hours revealed no signs of hyperacute or antibody-mediated rejection. Hourly urine output with the xenograft was more than double the output with the native kidneys.Genetically modified kidney xenografts from pigs remained viable and functioning in brain-dead human recipients for 54 hours, without signs of hyperacute rejection. (Funded by Lung Biotechnology.).

ABSTRACT Background Recent advances in xenotransplantation in living and decedent humans using pig xenografts have laid promising groundwork towards future emergency use and first in human trials. Major obstacles remain though, including a lack of knowledge of the genetic incompatibilities between pig donors and human recipients which may led to harmful immune responses against the xenograft or dysregulation of normal physiology. In 2022 two pig heart xenografts were transplanted into two brain-dead human decedents with a minimized immunosuppression regime, primarily to evaluate onset of hyper-acute antibody mediated rejection and sustained xenograft function over 3 days. Methods We performed multi-omic profiling to assess the dynamic interactions between the pig and human genomes in the first two pig heart-xenografts transplants into human decedents. To assess global and specific biological changes that may correlate with immune-related outcomes and xenograft function, we generated transcriptomic, lipidomic, proteomic and metabolomics datasets, across blood and tissue samples collected every 6 hours over the 3-day procedures. Results Single-cell datasets in the 3-day pig xenograft-decedent models show dynamic immune activation processes. We observe specific scRNA-seq, snRNA-seq and geospatial transcriptomic changes of early immune-activation leading to pronounced downstream T-cell activity and hallmarks of early antibody mediated rejection (AbMR) and/or ischemia reperfusion injury (IRI) in the first xenograft recipient. Using longitudinal multiomic integrative analyses from blood in addition to antigen presentation pathway enrichment, we also observe in the first xeno-heart recipient significant cellular metabolism and liver damage pathway changes that correlate with profound physiological dysfunction whereas, these signals are not present in the other xenograft recipient. Conclusions Single-cell and multiomics approaches reveal fundamental insights into early molecular immune responses indicative of IRI and/or early AbMR in the first human decedent, which was not evident in the conventional histological evaluations.