Il 2 settembre 1959 Donati eseguì un intervento unico, il primo trapianto di midollo osseo, cioè il trapianto di cellule staminali ematopoietiche. L'intervento venne effettuato al Policlinico di Careggi a Firenze, di cui era direttore. Eseguì lui l'operazione su un paziente leucemico da un donatore volontario.