L'expertise de Dr Gao inclut le développement de modèles murins de régénération osseuse dans les cas de fractures et autour d'implants, l'imagerie micro-CT quantitative et l'analyse d'histologie de chondrogenèse, d'angiogenèse, et d'ostéogenèse. Depuis son arrivée comme clinicien-chercheur au McGill University Health Center, il s'est intéressé à la régulation nerveuse dans la réparation des tissus musculo-squelettiques et dans l'homéostasie. Son programme de recherche se concentre sur l'étude des mécanismes cellulaires et moléculaires pathogéniques lors de l'ossification hétérotopique associée à une lésion de la moelle épinière. Son expertise de recherche est appliquée au développement de nouveaux modèles murins qui réflètent les blessures observées dans sa pratique médicale et la caractérisation de la formation osseuse ectopique dans le modèle murin de polytrauma à la moelle épinière. Le but ultime de ce programme de recherche translationnel est d'identifier des cibles potentielles pour de nouvelles thérapies cellulaire ou génique afin d'améliorer la réparation des lésions musculo-squelettique chez les patients atteints de de maladies du système nerveux central.